실행 장치
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1. 개요
실행 장치는 프로세서 내에서 명령어를 실행하는 핵심 구성 요소이다. 덧셈, 곱셈, 논리 연산 등 다양한 마이크로 연산을 처리하는 회로로 구성되며, ALU, FPU, AGU 등이 있다. 프로세서 명령어는 마이크로 연산 집합으로 분해되어 실행 장치에서 실행된다. 각 마이크로 아키텍처에 따라 실행 장치의 수와 성능이 다르며, 여러 개의 실행 장치가 병렬로 동작하는 슈퍼스칼라 구조를 통해 마이크로 연산의 병렬 처리가 가능하다. 과거에는 연산 장치로 불렸으나, 파이프라인화와 병렬 동작을 통해 제어 장치와 구분되어 실행 장치로 분류된다.
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| 실행 장치 | |
|---|---|
| 프로세서 기술 | |
| 이름 | 실행 장치 |
| 설명 | 프로그램에서 지시하는 연산을 수행하는 CPU의 일부 |
2. 실행 장치의 역할과 구성
프로세서는 프로그램의 명령어를 실행하여 올바른 결과를 얻는 역할을 한다. 명령어 처리 방법은 각 프로세서에 구현이 위임되어 있는데, 많은 프로세서에서는 명령어 하나하나에 대응하는 회로 대신, 하나의 명령어를 더 단순한 '''마이크로 연산'''들로 분해한다. 실행 장치는 이 마이크로 연산을 실행하는 주체이다.
마이크로 연산에는 덧셈, 곱셈, 논리 연산, 부동 소수점 계산 등 다양한 종류가 있어, 실행 장치에도 여러 타입이 존재한다.
과거에는 프로세서가 제어 장치와 연산 장치로만 구분되었지만, 기능과 성능 향상을 위해 파이프라인 기술이 도입되었고, 여러 파이프라인이 병렬 동작하게 되었다. 이에 따라 제어 장치는 "명령어를 디스패치하는 것", 실행 장치는 "명령어가 디스패치되는 것"으로 분류되기 시작했다.[11]
2. 1. 실행 장치의 종류
실행 장치는 크게 ALU(정수 연산, 논리 연산 담당)[8], FPU(부동 소수점 연산 담당), Address Generation Unit; AGU[9] 등으로 분류할 수 있다.각 마이크로 아키텍처에 따라 실행 장치의 수와 성능은 크게 다르다. 예를 들어 AMD EPYC™ 7003 Processors는 정수 연산과 관련하여 ALU1~4로 구분되는 4개의 실행 장치를 가지며, ALU1은 더 나아가 PEXT(Parallel Bits Extract) 명령 처리 능력을 가지고 있다.[10]
슈퍼스칼라는 독립적으로 움직이는 실행 장치가 복수 개 있는 형태이다. 복수의 실행 장치가 병행하여 동작하기 때문에 마이크로 연산의 병렬 처리가 가능하다.
3. 실행 장치의 구조와 발전
프로세서는 프로그램의 명령어를 실행하여 올바른 결과를 얻도록 한다. 명령어 처리 방법은 각 프로세서에 구현이 위임되어 있다. 많은 프로세서에서는 각 프로세서 명령어에 1:1로 대응하는 회로를 갖는 것이 아니라, 1개의 프로세서 명령어를 더 단순한 '''마이크로 연산'''의 집합으로 분해한다. 이 마이크로 연산을 실행하는 주체가 실행 장치이다.
마이크로 연산에는 덧셈, 곱셈, 논리 연산, 부동 소수점 계산 등 다양한 종류가 있으며, 실행 장치에도 여러 타입이 있다. 크게는 ALU(정수 연산, 논리 연산 담당)[8], FPU(부동 소수점 연산 담당), 주소 생성 장치(AGU)[9] 등이 있다.
각 마이크로 아키텍처에 따라 실행 장치의 수와 성능은 크게 다르다. 예를 들어 AMD EPYC™ 7003 프로세서는 정수 연산과 관련하여 ALU1~4로 구분되는 4개의 실행 장치를 가지며, ALU1은 더 나아가 PEXT(Parallel Bits Extract) 명령어 처리 능력을 가지고 있다[10].
3. 1. 슈퍼스칼라 구조
슈퍼스칼라는 독립적으로 움직이는 여러 실행 장치를 병렬로 배치하여 마이크로 연산의 병렬 처리를 가능하게 하는 구조이다.[11]3. 2. 명령어 파이프라인
명령어 파이프라인은 기능 및 성능 향상을 위해 명령어 처리를 여러 단계로 나누어 동시에 처리하는 방식이다. 과거에는 프로세서가 단순히 제어 장치와 연산 장치로 구분되었지만, 파이프라인화 및 복수의 파이프라인 병행 동작으로 인해, 명령어를 디스패치(dispatch)하는 제어 장치와 명령어를 실행하는 실행 장치로 구분하게 되었다[11].참조
[1]
웹사이트
Execution Model Overview
https://www.intel.co[...]
2024-06-23
[2]
웹사이트
AMD Instinct™ MI100 microarchitecture — ROCm Documentation
https://rocm.docs.am[...]
2024-06-23
[3]
웹사이트
Intel® Iris® Xe GPU Architecture
https://www.intel.co[...]
2024-06-23
[4]
웹사이트
Intel's Haswell CPU Microarchitecture
https://www.realworl[...]
2012-11-13
[5]
Wayback Machine
Execution Unit
https://web.archive.[...]
[6]
웹사이트
Superscalar Execution
https://developers.r[...]
2016-03-14
[7]
간행물
micro ops
AMD
2020
[8]
간행물
an ALU capable of general purpose integer operations
AMD
2020
[9]
간행물
There are three Address Generation Units (AGUs) for all load and store address generation
AMD
2020
[10]
간행물
The processor contains 4 general purpose integer execution pipes. ... ALU1 additionally has multiply/CRC/PDEP/PEXT capability
AMD
2020
[11]
문서
ここで使っている用語の「ディスパッチ」は「発行」という意味であるが、OSなどでコンテキストスイッチ|コンテキストをスイッチするという意味で使われるそれとは無関係。:en:Superscalar processorを見ればわかるがプロセッサ設計の用語として一般に使われるもの。
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