Slide 1

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 2

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 3

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 4

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 5

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 6

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 7

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 8

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 9

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 10

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 11

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 12

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 13

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 14

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 15

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 16

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 17

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee


Slide 18

Lecture 1
마이크로 프로세서 개괄

동국대학교 홍유표
산업기술대학교 이응혁

1

마이크로프로세서


컴퓨터의 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
를 단일의 IC에 집적한 반도체 부품.



1971년 인텔사에 의해 세계 최초로 8비트 마이크로프로
세서 8080이 개발되었으며, 이를 MPU(Micro Processor
Unit)라고도 부름.

2

Y. Hong & E. Lee

CPU


마이크로프로세서의 두뇌에 해당하는 핵심부분으로 명
령어의 인식, 해독과 실행을 제어하며 연산처리를 수행
하는 장치.



CPU 주요 구성 요소







레지스터 : 정보를 임시로 저장하는 임시 저장 장치
산술논리장치 : 정보에 대한 연산을 수행
명령 디코더와 제어장치 : 명령 레지스터에 있는 명령을 해석하고,수행할
동
작을 결정하는 제어 모듈
명령 레지스터 : 수행될 명령의 이진 코드를 갖고 있는 레지스터로서 외부 프로그
램 메모리에서 명령을 가져와 임시 보관함
프로그램 카운터 : 다음에 수행될 명령 주소를 저장하고 있는 임시 레지스터로서
프로그램의 흐름을 제어하는 기능을 가지고 있음
3

Y. Hong & E. Lee

CPU의 기본 동작

4

Y. Hong & E. Lee

마이크로 컨트롤러





CPU 기능과 일정한 크기의 기억장치(RAM, ROM), 입출력(I/O) 제
어회로 등을 하나의 칩에 모두 내장한 것.
하나의 IC만으로 완전한 컴퓨터로서의 기능을 갖추고 있어 Singlechip 또는 One-chip micro computer라고도 불림.
Micro Controller Unit(MCU)라고 함.

마이크로 컨트롤러 구성도
5

Y. Hong & E. Lee

Memory






RAM(Random Access Memory) : 전원이 제거되면 메모리에 저장된 내용이 소멸되
는 메모리로서 휘발성 메모리(volatile memory)라고 함. 프로그램의 명령을 저장하는
데 사용
ROM(Read Only Memory) : 전원이 제거되어도 메모리에 저장된 내용이 소멸되는 않
는 메모리로서 비휘발성 메모리(non-volatile memory)라고 함. 프로그램에 의해 데
이터를 임시로 저장하는데 사용
기타
SRAM
RAM
DRAM

ROM

MASK ROM

Memory

PROM
FLASH

EPROM
EEPROM

CACHE
6

Y. Hong & E. Lee

Flash Memory


전원이 꺼진 상태에서도 데이터가 지워지지 않고 저장되는 비휘발성
메모리



요즘 ROM을 대신하여 널리 사용되고 있는 메모리



블록단위로 내용을 지울 수도 있고, 다시 프로그램 할 수 있어
EEPROM에 비해 속도가 훨씬 빠르다.



구성 방법에 따라 크게 저장용량이 큰 데이터 저장형(NAND)과 처
리속도가 빠른 코드 저장형(NOR)의 2가지로 분류됨

7

Y. Hong & E. Lee

Cache Memory


처리속도가 빠른 CPU와 처리속도가 상대적으로 느린 HDD 또는 주
메모리 사이에서 처리되는 데이터 액세스 속도를 향상시키기 위해
사용되는 SRAM으로 구성된 메모리를 말함.

CPU

CACHE
Memory

8

HDD
또는
주 메모리

Y. Hong & E. Lee

주변 장치 (Peripheral, I/O Device)
소자

입출력
형태

스위치

입력

ADC

입력

센서

입력

표시장치

출력

기

능

 신호의 연결을 위해 사용되는 입력장치
 예를 들어, 신호가 연결되면 ON 상태를 나타내고 신호가 연결되지 않으면 OFF 상태를 나타낸다.
 키보드와 같은 응용에 활용

 마이크로컨트롤러에 의해 처리될 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치

 측정대상에 직접적 또는 간접적으로 접촉하여 대상의 물리량(힘, 압력, 온도, 속도, 유량, 유속 등)을 다른 물리량(일반적으로 전기량으로 전
압 또는 전류)으로 변환하는 소자
 거리 계측용의 초음파센서, 적외선 센서, 레이저 센서
 물체 감지용의 영상 센서
 물체 움직임 검출용의 가속도 센서, 자이로 센서, 엔코더

 문자 또는 숫자를 표시하기 위해 사용되는 장치
 LED, 7-세그먼트, LCD
 기계 장치를 제어하기 위해 사용되는 액츄에이터로 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로
바꾸는 장치를 말함.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

모터

출력

솔레노이드

출력

 전기적인 에너지를 회전 또는 직선 운동으로 변환하는 전자장치로서 구동되는 전원에 따라 DC와 AC 형태가 있음.
 스텝모터, AC/DC 모터, BLDC 모터

릴레이

출력

 전자적인 접점을 ON/OFF하여 기계적인 접점을 ON/OFF하는 스위치

DAC

출력

 마이크로컨트롤러에 의해 처리된 디지털 데이터를 아날로그 신호인 전압으로 변화하는 장치

9

Y. Hong & E. Lee

소프트웨어


마이크로컨트롤러나 관련 장치들을 동작시키는데 사용
되는 다양한 종류의 프로그램


응용 소프트웨어 : 사용자들이 직접 관심을 가지고 있는 작업을 처리하

는 프로그램
 시스템 소프트웨어 : 운영체제 및 응용 소프트웨어를 지원하는 프로그
램을 포함함.
응용 소프트웨어
(사용자 인터페이스)
OS : 운영체제
(명령어, 유틸리티)
BIOS : 입출력 서브루틴
(하드웨어 액세스)
하드웨어
10

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서의 분류


Von Neumann vs. Havard 방식



RISC vs. CISC

11

Y. Hong & E. Lee

Von Neumann 구조





프로그램과 데이터를 하나의 메모리에 저장하여 데이터는 메모리에
서 읽거나 메모리에 쓰기도 하는 반면, 명령어는 메모리에서 읽기만
하는 구조.
명령어 구조상으로 CISC(Complex Instruction Set Computer)구조
임
인텔의 x86 계열의 CPU 와 AMD의 인텔 호환 CPU 등이 해당됨.

12

Y. Hong & E. Lee

Havard 구조




프로그램과 데이터를 물리적으로 구분하여 각각 다른 메모리에 저장
하는 구조
명령 구조상으로 RISC(Reduced Instruction Set Computer)구조임
트랜스메타의 크루소와 애플/모토로라/IBM의 PowerPC 등이 해당
됨.

13

Y. Hong & E. Lee

CISC






많은 수의 명령어-일반적으로 100에서 250개의 명령어
몇몇 명령어는 특별한 동작을 수행하며 자주 사용되지 않음.
다양한 어드레싱 모드-일반적으로 5에서 20가지의 모드
가변 길이 명령어 형식

14

Y. Hong & E. Lee

RISC










상대적으로 적은 수의 명령어
상대적으로 적은 수의 어드레싱 모드
메모리 참조는 load와 store 명령어로만 제한됨.
모든 동작은 CPU의 레지스터 안에서 수행됨
고정된 길이의 명령어 형식으로 디코딩이 간단함.
단일 사이클의 명령어 실행
마이크로 프로그램된 제어보다는 하드와이어된 제어를 선택함.

15

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 응용 분야


산업 분야




계측 분야




플로터, 복사기, 프린터, 하드디스크 구동부 등

정보통신 분야




미사일 제어, 지능형 무기, 우주선 유도 제어 등

데이터 처리 분야




비디오 레코더, 레이저 디스크 구동부, 비디오 게임, 전자렌지, 에어컨 등

유도 및 제어분야




액체/가스 크로마토 그래프, 의료용 계측기, 오실로 스코프 등

가전 분야




모터제어, 로봇제어, 프로세서 제어, 수치제어, 지능형 변환기 등

모뎀, 지능형 카드 제어, RFID, ZigBee 통신 모듈 등

자동차 분야


점화제어, 변속기 제어, 연료분사제어, 브레이크 제어 등
16

Y. Hong & E. Lee

마이크로 프로세서 변천사

제조회사

Intel

Motorola

마이크로 프로세서

Pentium

PentiumDual

PentiumQuad

PowerPC

TI 등

DSPs

ARM

ARM

현대 마이크로 프로세서

고전 마이크로 프로세서

17

Y. Hong & E. Lee

마이크로프로세서 사용의 잇점


소형, 경량화가 가능하다.




가격이 저렴하다.




하나의 IC 안에 입/출력포트, 직/병렬통신, 기억소자, 카운터/타이머 등
의 기능을 내장시켜 별개의 IC로 시스템을 구현할 때 보다 훨씬 저렴한
시스템의 구축이 가능함.

타 시스템과의 이식성이 뛰어나다.




다양한 프로그램으로 응용범위와 주변 소자수를 대폭 줄일 수 있어 회
로가 간단함.

대부분의 제어 기능이 하나의 IC에 내장되어 있으므로, 시스템을 변경
하고자 할 경우에는 약간의 기능 변경과 추가를 통해 쉽게 달성할 수 있
어 다양한 용도로 활용이 가능함.

신뢰성이 높다.


시스템 구성 소자수가 적어 획기적으로 줄어들어 제품의 신뢰성이 높음.
18

Y. Hong & E. Lee