컴퓨터 아키텍처

지은이 머리말 4
이 책의 사용 설명서 6

Chapter 01 컴퓨터 시스템의 개요

1 컴퓨터 시스템 023
1 컴퓨터 시스템의 개념적 구성 023
2 컴퓨터 시스템의 4대 기능 024
3 비트, 바이트, 워드 024

2 컴퓨터 하드웨어 026
1 중앙처리장치 026
2 기억장치 027
3 주변장치 028
4 기타 하드웨어 029

3 컴퓨터 소프트웨어 032
1 시스템 소프트웨어 032
2 응용 소프트웨어 034

4 운영체제와 부팅 035
1 운영체제 035
2 부팅 035

5 컴파일러와 인터프리터 038
1 컴파일러 038
2 인터프리터 039

6 컴퓨터의 분류 041
1 처리 능력에 의한 분류 041
2 사용 목적에 의한 분류 042
3 응용 분야에 의한 분류 042
4 사용 데이터에 의한 분류 043

7 컴퓨터의 구조, 구성, 실현 044
1 컴퓨터 구조 044
2 컴퓨터 구성 045
3 컴퓨터 실현 046
4 컴퓨터 계열 046

8 하드웨어와 소프트웨어의 상호 조정 047
요약 049 연습문제 051

Chapter 02 컴퓨터의 발전과 성능

1 컴퓨터의 세대별 발전 057

2 현대 컴퓨터 발전의 지표 061
1 폰노이만 아키텍처 061
2 무어의 법칙 064

3 컴퓨터의 성능 066
1 성능의 정의 066
2 암달의 법칙 068

4 CPU 성능 분석 072
1 성능에 영향을 미치는 요소 072
2 성능에 영향을 미치는 요소의 분석 076

5 벤치마크와 성능 척도 079
1 벤치마크 079
2 MIPS와 MFLOPS 080
요약 083 연습문제 084

Chapter 03 명령어 집합

1 명령어 집합 089
1 명령어 집합의 의미 089
2 명령어 집합 구조 089
3 명령어 집합 설계 090

2 명령어의 특성 092
1 피연산자의 수 092
2 명령어의 길이 094

3 CPU의 기본 구성과 가상 명령어 집합 096
1 CPU의 기본 구성과 명령어의 실행 순서 096
2 가상 컴퓨터 명령어 098
3 좋은 명령어 집합 구조 104

4 연산 106
1 연산의 종류 106
2 분기 명령 107
3 프로시저의 호출과 복귀 111

5 명령어와 CPU 기억장치 115
요약 118
연습문제 120

Chapter 04 명령어 집합의 분류와 주소 지정 방식

1 피연산자의 수와 명령어 집합 125
1 누산기 컴퓨터 125
2 스택 컴퓨터 128
3 범용 레지스터 컴퓨터 132

2 명령어와 메모리 137
1 메모리 속성 137
2 메모리 정렬 139
3 엔디언 방식 140

3 주소 지정 방식 142
1 0-단계 주소 지정 방식 142
2 1-단계 주소 지정 방식 143
3 2-단계 주소 지정 방식 145

4 복잡도에 따른 명령어 집합 148
1 CISC의 탄생과 특징 148
2 RISC의 탄생 149
3 RISC의 특징 150
4 RISC와 CISC의 전망 152

5 picoMIPS 명령어 집합 구조 153
1 picoMIPS의 개요 153
2 picoMIPS의 명령어 형식과 종류 154
요약 157
연습문제 158

Chapter 05 데이터와 디지털 논리회로

1 데이터의 개요 163
1 데이터의 종류 163
2 데이터의 형식 164
3 데이터와 진법 164

2 정수 166
1 무부호 정수의 표현 166
2 유부호 정수의 표현 168
3 2의 보수 방식의 대중성 172

3 실수 174
1 실수의 개요 174
2 정규화와 잠복 비트 175
3 IEEE-754 표준 176
4 범위와 정밀도 178

4 비수치 데이터 180
1 BCD 코드 180
2 ASCII 코드 182
3 유니코드 183

5 디지털 논리회로 184
1 논리 게이트 184
2 조합 논리회로와 순차 논리회로 184
3 디코더와 인코더 186
4 멀티플렉서와 디멀티플렉서 188
5 반가산기와 전가산기 189
6 레지스터 파일 190
요약 192
연습문제 194

Chapter 06 연산장치

1 연산장치의 개요 199
1 연산장치와 레지스터 파일 199
2 산술장치와 논리장치의 통합 201
3 플래그 레지스터 202

2 정수의 덧셈 204
1 덧셈 연산 204
2 덧셈.뺄셈장치 206

3 정수의 곱셈 208
1 곱셈 연산 208
2 시프트-덧셈 방식의 곱셈 연산 209
3 Booth 알고리즘 213

4 정수의 나눗셈 217
1 나눗셈 연산 217
2 복원 알고리즘 218
3 비복원 알고리즘 221

5 부동 소수점의 연산 224
1 부동 소수점의 덧셈 224
2 부동 소수점의 곱셈과 나눗셈 225
3 가드 디지트 227
요약 229
연습문제 230

Chapter 07 데이터 경로

1 데이터 경로의 이해 235
1 데이터 경로 235
2 데이터 경로의 두 가지 방식 236

2 명령어 실행과 데이터 경로 239
1 picoMIPS의 명령어 형식 239
2 picoMIPS 명령어의 단계적 실행 240
3 데이터 경로의 기본 골격 241

3 단일 사이클 방식의 명령어 실행 244
1 명령어 인출 244
2 명령어 해독과 레지스터 읽기 245
3 명령어 종류별 실행 245

4 다중 사이클 방식의 명령어 실행 252
1 명령어 인출 252
2 명령어 해독과 레지스터 읽기 253
3 덧셈 명령어 실행 254
4 적재 명령어 실행 254

5 데이터 경로의 구체화와 성능 비교 257
1 데이터 경로의 구체화 257
2 단일 사이클 방식과 다중 사이클 방식의 성능 비교 261
요약 263

Chapter 08 제어장치

1 제어장치의 이해 269
1 제어장치 269
2 마이크로 연산과 제어 신호 270
3 PROM과 PLA 272

2 제어장치 구현 방식 275
1 제어 신호의 생성 275
2 제어장치 구현의 두 가지 방식 276

3 마이크로프로그래밍 방식의 제어장치 279
1 마이크로 명령어의 구성 요소 279
2 마이크로 명령어의 제어 280
3 마이크로 명령어의 형식 282

4 단일 사이클 방식 데이터 경로를 위한 제어장치 284
1 제어 신호의 종류 284
2 명령어 실행을 위한 마이크로 연산과 제어 신호 286
3 제어장치 구현 289

5 다중 사이클 방식 데이터 경로를 위한 제어장치 293
1 제어 신호의 종류 293
2 명령어 실행을 위한 마이크로 연산과 제어 신호 294
요약 301
연습문제 303

Chapter 09 파이프라이닝

1 파이프라이닝의 개요 307

2 순차 처리와 병행 처리 310
1 프로세서 구현 방식 310
2 파이프라이닝의 성능 311

3 picoMIPS 아키텍처와 파이프라이닝 314
1 구현 방식에 따른 picoMIPS의 성능 314
2 picoMIPS 파이프라인의 문제점 315
3 picoMIPS 파이프라이닝과 제어 신호 316

4 해저드 317
1 해저드의 의미와 종류 317
2 구조적 해저드 318
3 데이터 해저드 319
4 명령어 해저드 321

5 해저드의 영향과 해결 방법 324
1 해저드의 영향 324
2 해저드 해결 방법 326

6 인터럽트와 공격적 파이프라이닝 330
1 인터럽트 330
2 공격적 파이프라이닝 332
요약 335
연습문제 336

Chapter 10 메모리

1 메모리의 개요 341
1 CPU와 메모리 341
2 읽기.쓰기 동작 342
3 메모리 용량과 데이터 크기 344
4 메모리 접근 시간과 사이클 시간 345
5 저장장치의 특징 345

2 메모리의 종류와 구성 및 동작 347
1 DRAM과 SRAM 347
2 DRAM의 구성과 동작 348
3 DRAM의 확장 350
4 메모리 재충전 352
5 ROM 352

3 메모리의 성능 향상 354
1 광폭버스 메모리와 교차 메모리 354
2 파이프라인 메모리와 연관 메모리 359

4 DRAM 칩 구성의 개선과 성능 향상 360
1 FPM DRAM 360
2 EDO DRAM 360
3 RDRAM 361
4 SDRAM 361
5 차세대 메모리 364

5 메모리 계층 구조 366
1 지역성 원리 366
2 계층적 메모리의 의미와 특징 367
3 메모리 계층 구조의 원리와 전송 단위 368
4 설계 논점 370
요약 371
연습문제 373

Chapter 11 캐시 메모리

1 캐시 메모리의 개요 379
1 적중과 실패 379
2 캐시 메모리의 기본 구성과 동작 381
3 캐시 메모리의 전략과 설계 논점 383

2 블록 사상 384
1 블록 사상 방식의 개요 384
2 직접 사상 385
3 완전 연관 사상 390
4 집합 연관 사상 393

3 블록 교체와 블록 갱신 399
1 블록 교체 방식 399
2 블록 갱신 방식 401

4 캐시 메모리를 통한 성능 향상 403
1 캐시 실패의 유형 403
2 유효 접근 시간 404
3 캐시 메모리의 성능 개선 405
4 블록 크기, 캐시 용량, 캐시 연관도 406
5 다단계 캐시와 분할 캐시 408
요약 409
연습문제 411

Chapter 12 가상기억장치

1 가상기억장치의 개요 415
1 가상기억장치의 필요성 415
2 메모리 중첩 416

2 가상기억장치와 주소 변환 418
1 가상기억장치의 의미 418
2 가상기억장치의 종류 420
3 가상기억장치의 구성과 관리 기법 421
4 주소 변환 423
5 가상 주소 캐시 425

3 기본적인 주소 변환 기법 427
1 재배치 레지스터 방식 427
2 페이지 테이블 방식 429
3 세그먼트 테이블 방식 432

4 향상된 주소 변환 기법 435
1 역방향 페이지 테이블 방식 435
2 변환 색인 버퍼 방식 439
요약 442
연습문제 444

Chapter 13 주변장치

1 주변장치의 개요 449
1 주변장치 병목 현상 449
2 주변장치의 분류 450
3 성능 척도 450

2 하드디스크 452
1 하드디스크의 기초 452
2 하드디스크의 논리적 구조와 데이터 구성 453
3 주소 지정 방식 455
4 하드디스크의 성능 456

3 광학 디스크 458
1 광학 디스크의 기초 458
2 CD와 CD-ROM 459
3 DVD와 BD 460

4 기타 주변장치 462
1 입력장치 462
2 출력장치 464
3 기타 저장장치 466

5 RAID 469
1 RAID의 의미와 분류 469
2 RAID 0 470
3 RAID 1 471
4 RAID 2 471
5 RAID 3 472
6 RAID 4 473
7 RAID 5 473
8 RAID 6 474

6 입출력 시스템 475
1 입출력장치의 개요 475
2 IO 모듈 476
3 장치 구동기 477

7 입출력장치의 주소 지정 479
1 메모리 사상 입출력 방식 479
2 분리형 입출력 방식 480
요약 482
연습문제 484

Chapter 14 데이터 전송 방식과 버스 구조

1 데이터 전송 방식 489
1 프로그램 입출력 방식 489
2 인터럽트 구동 방식 491
3 직접 메모리 접근 방식 493
4 IO 채널 방식 495

2 인터럽트 497
1 인터럽트의 종류 497
2 인터럽트의 우선순위 498
3 인터럽트의 처리 499

3 버스의 개요 501
1 버스의 의미와 용어 501
2 버스에 의한 데이터 전송 과정 502
3 분리형 버스 트랜잭션 503
4 버스의 성능 향상 504

4 버스의 분류 505
1 시스템버스와 IO버스 505
2 전용 버스와 다중화 버스 506
3 동기식 버스와 비동기식 버스 507

5 버스 중재 510
1 버스 중재 방식의 개요 510
2 중앙 집중식 중재 방식 512
3 분산식 중재 방식 513

6 IO버스 표준 516
1 PCI 516
2 SATA 517
3 SAS 518
4 USB 518
5 IEEE 1394 519
요약 520
연습문제 522

Chapter 15 병렬 처리

1 병렬 처리의 개요 527
1 단일 프로세서의 한계 527
2 병렬 처리와 요구 조건 528
3 컴퓨터 시스템의 분류 529

2 SIMD 방식 병렬 처리 532
1 벡터 프로세서 532
2 GPU 534

3 다중 프로세서 시스템 535
1 다중 프로세서 시스템의 개요 535
2 UMA 구조와 NUMA 구조 536
3 멀티코어 538

4 다중 컴퓨터 시스템 540
1 다중 컴퓨터 시스템의 개요 540
2 클러스터 542

5 상호 연결망 구조 545
1 상호 연결망의 특징 545
2 정적 상호 연결망 546
3 동적 상호 연결망 550
요약 555
연습문제 557

참고자료 560
찾아보기 561