인텔 4004 CPU 시뮬레이션: 파트1

Table of Contents

1. 이전의 비디오에 대한 소개
   • CPU 시뮬레이션에 대한 일반적인 사항
   • CPU 또는 전체 시스템 시뮬레이션의 차이점
2. 인텔 4004 CPU 소개
   • 인텔 4004 CPU가 첫 번째 마이크로프로세서로 간주되는 이유
   • 4비트 아키텍처와 4비트 버스의 특징
3. 인텔 4004 CPU의 외부 연결
   • 데이터 전송을 위한 통신 핀
   • 클럭 연결과 메모리 컨트롤
   • 읽기 전용 메모리 또는 RAM 선택을 위한 핀
4. 지원 장치: ROM과 RAM
   • 4001 읽기 전용 메모리의 구성과 기능
   • 4002 RAM의 구성과 기능
5. 인텔 4004 CPU의 내부 구조
   • 어큐뮬레이터와 16개의 레지스터
   • 주소 스택과 프로그램 카운터
   • 46개의 명령어와 12비트 주소
6. 인텔 4004 CPU의 명령어 형식
   • 8비트와 16비트 명령어의 구조와 종류
   • 조건부 분기와 상대 주소 지정
7. CPU만 시뮬레이션 vs. 시스템 전체 시뮬레이션
   • CPU만 시뮬레이션의 절차와 이점
   • CPU와 지원 장치 통합 시뮬레이션의 개요
8. Java 기반의 인텔 4004 CPU 시뮬레이션
   • Java 시뮬레이션 프로젝트 소개
   • CPU와 지원 장치 통합 시뮬레이션 구현 방법

인텔 4004 CPU: 마이크로프로세서의 초석🖥️

인텔 4004 CPU는 일반적으로 첫 번째 마이크로프로세서로 간주됩니다. 이전에는 다수의 집적 회로를 사용하여 CPU를 구현했고, CPU 기능을 수행하기 위해 여러 개의 집적 회로가 결합된 CPU 보드가 사용되었습니다. 그러나 4004는 모든 것이 단일 칩에 통합되어 첫 번째 마이크로프로세서로 간주되었습니다. 1971년에 등장한 이 CPU는 4비트 아키텍처를 가지고 있으며, 내부적으로 데이터는 4비트 레지스터에 저장되고 외부적으로는 4비트 버스가 있습니다. 데이터 전송을 위한 핀은 실제로는 4개뿐이지만, CPU는 12비트 주소를 지원합니다. 따라서 4개의 핀은 3개의 클록 주기 동안 주소를 보내는 데 사용됩니다. 이 CPU는 8비트 명령어를 지원하며 일부 16비트 명령어도 있습니다. 또한, CPU는 별도의 프로그램 메모리와 데이터 메모리를 가정하고 있으며, 최대 클럭 속도는 740 킬로헤르츠입니다.

인텔 4004 CPU의 외부 연결은 데이터, 명령어 및 주소를 전송하는 데 사용되는 4개의 통신 핀으로 이루어져 있습니다. 또한, 클럭 연결과 메모리 컨트롤을 위한 핀, 그리고 CPU가 읽기 전용 메모리 또는 RAM과 통신을 시도하는지를 나타내는 핀이 있습니다. CPU는 읽기 전용 메모리를 선택할 때는 프로그램을 ROM에서 읽고, RAM에는 데이터가 저장되도록 하는 구조를 가지고 있습니다. 한편, RAM에는 4비트 데이터를 쓰거나 읽을 수 있는 출력 핀도 포함되어 있습니다.

지원 장치인 ROM과 RAM은 4004 CPU의 동작에 중요한 역할을 합니다. 4001 읽기 전용 메모리 칩은 256개의 8비트 워드로 구성되어 있으며, 명령어 저장을 위해 사용됩니다. 또한, 이 ROM은 4비트 입력/출력(I/O) 포트를 제공합니다. 반면, 4002 RAM 칩은 320비트의 메모리를 가지고 있으며, 20개의 4비트 캐릭터로 구성된 네 개의 레지스터를 포함합니다. 이 RAM 칩은 4비트 출력 포트를 가지고 있으며, 여러 개를 사용할 경우 추가 출력 포트도 가능합니다.

인텔 4004 CPU의 내부 구조는 어큐뮬레이터와 16개의 4비트 레지스터로 구성되어 있습니다. 프로그램 카운터를 스택에 저장할 수 있는 주소 스택도 포함되어 있어 프로시저 호출 등에 유용합니다. 이 CPU는 총 46개의 명령어를 지원하며, 그 중 41개는 8비트이고 5개는 16비트입니다. 명령어는 항상 2개의 4비트 부분으로 나뉘어집니다. 첫 번째 부분에는 옵코드가 포함되고, 두 번째 부분은 명령어의 데이터 또는 주소로 사용됩니다.

CPU만을 시뮬레이션하거나 CPU와 지원 장치를 함께 시뮬레이션하는 방법에는 차이가 있습니다. CPU만을 시뮬레이션하는 경우, 각 핀을 통과하는 신호를 시뮬레이션해야 합니다. 프로그램 카운터 주소를 기록하기 위해 3개의 클록 주기를 사용하고, ROM 칩에서 명령어를 읽기 위해 ROM 칩을 시뮬레이션해야 합니다. 그리고 해당 명령어를 해석해야 합니다. RAM 액세스가 필요한 경우, RAM 뱅크 선택 칩과 뱅크 선택 신호를 활성화해야 하고, RAM 주소를 쓰고 읽어야 합니다. 마지막으로, 내부 레지스터를 업데이트해야 합니다.

한편, CPU와 지원 장치를 함께 시뮬레이션하는 경우, CPU 주소에서 명령어를 읽는 단계가 간소화됩니다. 전혀 핀에 주소를 보내지 않아도 되며, 다른 칩을 시뮬레이션할 필요가 없습니다. 명령어를 해석하고, RAM 액세스가 필요한 경우 지정된 주소에서 데이터를 읽거나 쓰고, 내부 레지스터를 업데이트하는 과정이 더욱 간소화됩니다. 이 방법은 기존 아키텍처로의 전환과 같은 의미를 가지며, 빠르고 쉽게 구현할 수 있습니다.

다음 영상에서는 Java 기반의 인텔 4004 CPU 시뮬레이션에 대해 더 자세히 알아보겠습니다. 이 시뮬레이션은 이미 GitHub에서 구현되어 있으며, 기타 추가 시뮬레이션도 함께 제공됩니다. 그 동안 Java 시스템 시뮬레이터 프로젝트를 살펴보시기 바랍니다. 인텔 4004 시뮬레이션 뿐만 아니라 다른 시뮬레이션도 포함되어 있으며, 추가 동영상에서도 설명할 예정입니다. 그럼 다음 영상에서 만나요!

하이라이트

• 인텔 4004 CPU는 첫 번째 마이크로프로세서로서의 역할을 한다.
• 4비트 아키텍처와 4비트 버스를 가지고 있으며, 1971년에 등장했다.
• CPU는 읽기 전용 메모리와 RAM을 지원하며 외부와의 통신을 위한 핀이 있고, 클럭 연결과 메모리 컨트롤을 할 수 있다.
• ROM과 RAM은 CPU의 성능을 향상시키기 위한 지원 장치로 사용된다.
• CPU의 내부 구조에는 어큐뮬레이터, 레지스터, 프로그램 카운터, 명령어 등이 있다.
• CPU와 지원 장치를 함께 시뮬레이션하는 것이 더욱 효율적이고 빠르다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 인텔 4004 CPU는 언제 등장했나요? A: 인텔 4004 CPU는 1971년에 등장했습니다.

Q: 인텔 4004의 아키텍처는 어떻게 구성되어 있나요? A: 인텔 4004는 4비트 아키텍처를 가지고 있으며, 데이터는 4비트 레지스터에 저장됩니다.

Q: 인텔 4004 CPU는 어떤 장치를 지원하나요? A: 인텔 4004 CPU는 읽기 전용 메모리(ROM)와 RAM을 지원합니다.

Q: 인텔 4004 CPU의 성능은 어떻게 되나요? A: 인텔 4004 CPU의 최대 클럭 속도는 740 킬로헤르츠입니다.

Q: CPU만 시뮬레이션과 시스템 전체 시뮬레이션에는 어떤 차이가 있나요? A: CPU만 시뮬레이션은 각 핀의 신호를 시뮬레이션하고, 지원 장치를 따로 시뮬레이션해야 합니다. 시스템 전체 시뮬레이션은 CPU와 지원 장치를 함께 시뮬레이션하므로 더 빠르고 간단합니다.

Q: 인텔 4004 CPU의 프로그램 실행 방식은 어떻게 되나요? A: 프로그램 실행은 CPU만 시뮬레이션과 시스템 전체 시뮬레이션에서 동일하지만, 시스템 전체 시뮬레이션의 경우 더 빠를 수 있습니다.