Register Memory

레지스터 메모리

레지스터 메모리는 컴퓨터에서 가장 작고 빠른 메모리입니다. 메인 메모리의 일부가 아니며 CPU에서 가장 작은 데이터 보유 요소인 레지스터 형태로 위치합니다. 레지스터는 CPU에서 자주 사용하는 데이터, 명령어 및 메모리 주소를 일시적으로 보유합니다. 레지스터는 현재 CPU에서 처리 중인 명령어를 보유합니다. 모든 데이터는 처리되기 전에 레지스터를 통과해야 합니다. 레지스터는 사용자가 입력한 데이터를 처리하는데 사용됩니다.

레지스터에는 약 32비트에서 64비트의 소량의 데이터가 저장됩니다. CPU 속도는 CPU에 내장된 레지스터의 수와 크기(비트 수)에 따라 달라집니다. 레지스터는 용도에 따라 다양한 유형이 있습니다.

레지스터 메모리의 구조

이 아키텍처(구조)는 레지스터와 메모리에서 연산을 수행하는 명령어에 의해 구동됩니다. 모든 피연산자가 레지스터에 포함되어 있는 경우 이 아키텍처를 레지스터 플러스 아키텍처라고 합니다. 연산에는 두 개의 피연산자가 있을 수 있는데, 그 중 하나는 메모리에 있고 다른 하나는 레지스터에 있을 수 있습니다. 반면에 두 연산의 피연산자는 레지스터에 있거나 메모리에 있으므로 다른 아키텍처와 구별됩니다.

메모리 등록

CPU의 레지스터 수는 적고 크기도 작습니다. 레지스터의 크기는 64비트 미만입니다. 디스크 메모리 및 기본 메모리에 비해 빠릅니다. 범용 레지스터의 크기는 단어 크기에 영향을 미칩니다.

컴퓨터 레지스터의 종류

DR (Data Register)

• 프로세서에서 작동하는 피연산자(변수)를 저장하는데 사용됩니다.
• 주변 장치로 전송되거나 수신되는 데이터를 일시적으로 저장합니다.
• 데이터를 임시로 저장하고 메모리에서 읽은 데이터를 저장하거나 연산 결과를 일시적으로 보관합니다.

PC (Program Counter)

• 현재 명령이 완료된 후 가져올(fetch) 다음 명령어의 메모리 위치 주소를 보유합니다.
• 서로 다른 프로그램의 실행 경로를 유지하는 데 사용되므로 이전 명령어가 완료되면 프로그램을 하나씩(one by one) 실행합니다.
• 다음에 실행될 명령어의 주소를 가리키고 프로그램 실행 흐름을 제어하는 역할을 합니다.
• 명령어가 실행될 때마다 PC는 자동으로 증가하여 다음 명령어를 가리킵니다.

IR (Instruction Register)

• 메인 메모리에서 가져온 명령어를 저장합니다.
• 실행할 명령어 코드를 보관하는 데 사용됩니다.
• 제어 장치는 Instruction Register에서 명령어를 가져온 다음 이를 해독(Decode)하여 실행(execute)합니다.
• 현재 실행 중인 명령어를 저장하는 레지스터입니다.
• CPU가 메모리에서 명령어를 가져오면, 이 명령어는 IR에 저장되고 해석됩니다.

Accumulator Register

• 누산기 레지스터.
• 시스템에서 생성된 결과를 저장하는 데 사용됩니다.
• 예를 들어, 처리 후 CPU에서 생성된 결과는 AC 레지스터에 저장됩니다.

AR (Address Register)

• 명령어 또는 데이터가 메모리에 저장되는 메모리 위치의 주소를 저장합니다.
• 메모리 주소를 저장하는 레지스터입니다.
• 명령어나 데이터의 위치를 가리키며, 메모리에서 데이터를 읽거나 쓰는 과정에서 사용됩니다.

I/O Address Register

• I/O 주소 레지스터.
• 특정 I/O 장치의 주소를 지정하는 것이 업무입니다.

I/O Buffer Register

• I/O 버퍼 레지스터.
• I/O 모듈과 CPU 간에 데이터를 교환하는 것이 업무입니다.

이 레지스터들은 CPU 내부에서 명령어를 가져오고, 해석하고, 실행하는 과정에서 핵심적인 역할을 합니다.

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교육용 모델 (with. Computer System Architecture - Morris Mano)

현재 대학 수업때 배우는 책인 Computer System Architecture(저자 Morris Mano) 에서는 16bit 컴퓨터이면서 2^12 = 4096개의 메모리 위치를 나타내는 교육용 모델을 사용해서 컴퓨터를 디자인한다. 다음 포스팅에서 교육용 모델을 통해 배운 내용을 작성해볼 예정이다.

참고 정보

DR (Data Register)

• 16 비트 레지스터

IR (Instruction Register)

• 16 비트 레지스터

Accumulator Register

• 16비트 레지스터

AR (Address Register)

• 12비트 레지스터

PC (Program Counter)

• 12비트 레지스터. 프로그램 명령이 끝난 후 실행할 다음 주소를 나타내기 때문에 Adress Regist와 크기가 같다.

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Reference

• https://www.javatpoint.com/register-memory

• https://www.ibm.com/docs/en/hla-and-tf/1.6?topic=set-register-initialization