컴퓨터 구조
1. 컴퓨터 시스템의 기본 구조
컴퓨터 시스템 = 하드웨어 + 소프트웨어
하드웨어 예시
- 본체(메인보드)
- 모니터
- 키보드, 마우스
- 프린터
소프트웨어 예시
- 운영체제(windows, mac os)
- 오피스, 웹브라우저
- 미디어플레이어
- 프린터 드라이버
2. 하드웨어
컴퓨터를 구성하는 물리적인 장치들의 집합
메인보드를 중심으로 입/출력장치, 기억장치가 연결
중앙처리장치
- 제어장치, 연산장치, 레지스터 등으로 구성
- 개인용 컴퓨터에서는 중앙처리 장치를 마이크로프로세서라고 부름
입력장치
문자나 기호와 같은 데이터를 컴퓨터가 이해할 수 있도록 전기적인 신호로 변환
출력장치
사람이 인지할 수 있는 문자나 기호, 도형, 소리 등으로 결과를 출력
기억장치
- 컴퓨터가 처리에 필요한 프로그램과 데이터를 저장
- 주기억 장치
- 컴퓨터 내에서 처리를 위한 명령어와 데이터들을 기억
- 입력장치로부터 들어온 자료는 주기억장치에 저장
- 용량이 적고 속도가 빠름
- 보조기억장치
- 주기억장치를 보조
- 용량이 크고 속도가 느림
- 자기디스크, 자기테이프, 하드디스크, CD-ROM, DVD, USB 등
3. 소프트웨어
시스템 소프트웨어
컴퓨터를 작동시키고 다루기 위한 프로그램
응용 소프트웨어
사용자의 활용 용도에 맞추어 개발된 소프트웨어
특수한 소프트웨어
- 디바이스 드라이버(Device Driver)
- 하드웨어와 운영체제의 중간에 위치
- 각종 내부/외부 장치를 동작시키는 일을 함
- 펌웨어(Firmware)
- 시스템의 동작을 위해 ROM에 들어있는 기본 프로그램
- 하드웨어 제어에 주로 사용
- 전형적인 처리루틴, 비휘발성, 변경불가 등의 특징으로 특수한 영역에 사용
정리
중앙처리장치
1. 프로세서
프로세서=컴퓨터의 두뇌
- CPU(Central Processing Unit)
- 명령어를 수행하고 데이터를 처리하는 장치
- 연산장치, 제어장치, 레지스터 등으로 구성
- 16비트, 32비트, 64비트 => 비트 수가 클수록 성능이 좋음
프로세서의 구성
- 프로세서와 주기억장치는 버스(BUS)로 연결
프로세서의 구성
- 연산장치
- 자료를 처리하고 계산하는 장치
- 산술연산 : 사칙연산
- 논리연산 : 논리합(OR),논리곱(AND),논리부정(NOT)
- 제어장치
- 프로그램에 의해 주어지는 연산의 순서를 차례대로 실행
- 기억장치, 연산장치, 입출력 장치에 제어신호를 발생
- 이등 장치로부터 신호를 받아 다음에 처리할 작업들을 제어
- 레지스터
- 실행의 중간 결과나 적은 양의 자료를 임시로 저장하는 CPU 내의 임시기억장치
- 데이터 접근속도가 매우 빠른 적은 수의 메모리 회로
- 범용 레지스터와 특수 레지스터
프로세서 설계 방식에 따른 구분
CISC(Complex Instuction Set Computer)
- 복잡하고 기능이 많은 명령어로 구성된 프로세서
- 필요한 모든 명령어 세트를 갖추도록 설계함
- 복합 명령을 가짐으로써 하위호환성을 충분히 확보
- 트랜지스터 집적에 있어서 효율성이 떨어짐
- 전력 소모가 크며, 속도가 느리고 가격이 비쌈
- 386, 486, Pentium 등 PC용 CPU에 사용
RISC(Reduced Instruction Set Computer)
- CPU의 명령어를 최소화하여 단순하게 제작된 프로세서
- 하드웨어가 간단한 대신 소프트웨어는 복잡하고 크기가 커짐
- 하위 호환성 부족
- 전력 소모가 적음, 속도가 빠르고 가격이 저렴
- 멀티태스킹이 가능
- 모토롤라 68계열, 매킨토시, 서버나 워크스테이션 등에 사용
2. 프로그램 실행과 명령어 처리
명령어(기계어)
- 연산(Operation)과 연산에 필요한 데이터를 저장하는 주소로 구성
- 연산은 ADD, SUB, MUL, DIV 등을 의미함
- 명령어의 크기는 일반적으로 워드 크기와 일치
어셈블리어
기계어 명령어를 문자화, 기호화
프로그램의 작성이 용이
기계어와 어셈블리어는 1:1 매핑 관계
명령어 처리 과정
- 컴퓨터는 주기억장치에 기억되어 있는 프로그램 명령어(program instruction)를 호출하는 패치 과정을 수행하고 해석
- 해석된 결과에 따라 자료를 이동하고 연산 및 입출력을 실행
- 호출(Fetch) 사이클
- 레지스터 PC(프로그램 카운터)에 저장되어있는 값에 해당하는 주기억 장치로 가서 데이터를 복사
- 레지스터 IR(명령어 레지스터)에 저장
- 해석(Decode) 사이클
- 레지스터 IR로 가져온 기계어 비트열을 해석
- 연산자의 유형에 따라 피연산자 필드를 적절히 나눔
- 실행(Excute) 사이클
- 레지스터 IR의 기계어 비트열을 ALU, 범용 레지스터 및 주기억장치에 보내 기계어 명령어 수행
레지스터 종류
명령어 형식 : 3-주소 형식
- 명령어는 주소의 수에 따라 3-주소, 2-주소, 1-주소, 0-주소 형식으로 구별
- 3-주소 형식 : 주소1과 주소2는 피연산자, 주소3에 연산 결과를 저장
명령어 형식 : 2-주소 형식
- 주소1과 주소2는 피연산자 연산
- 결과는 주소1 또는 주소2에 저장
명령어 형식 : 1-주소 형식
- 주소 1이 피연산자
- 연산은 누산기로 불리는 1개의 레지스터에 대해서 실행
기억장치
1. 기억장치
기억장치(Memory)정의
- 프로그램, 처리할 데이터, 처리한 결과 등을 저장하는 장치
기억장치(Memory) 종류
2. 주기억장치
주기억장치(Main-Memory)
- 중앙 처리 장치와 직접 자료를 교환할 수 있는 기억 장치
- 프로그램 수행에 필요한 기본적인 명령어와 데이터를 기억함
- 집적회로의 작은 실리콘 판에 기억 소자 회로를 대량 집적함
- 크기가 작고, 속도가 빠르며, 전력소모가 작음 고속의 데이터 처리가 가능함
- 대량생산 가능, 성능에 비하여 저렴함
- RAM과 ROM으로 구별
주기억장치 - ROM(Read Only Memory)
- 원칙적으로 읽기는 가능하나 쓰기는 불가능한 메모리
- 전기 공급이 없어도 기억된 내용이 지워지지 않는 비 휘발성 메모리
- 컴퓨터를 처음 공급할 때 입출력에 관한 명령을 저장하는 메인보드 BIOS나 그래픽 BIOS용으로 많이 사용
주기억장치 - RAM(Random Access Memory)
- 휘발성 메모리로 전원 공급이 중단되면 기억된 내용이 소멸됨
- 기억된 내용을 자유롭게 읽을 수 있고 데이터를 임의로 기억시킬 수 있음
- 종류 : 정적RAM(SRAM), 동적RAM(DRAM), VRAM 등
정적 RAM과 동적 RAM 비교
3. 보조기억장치
보조기억장치(Auxiliary/Secondary Memory Unit)
- 주기억장치의 제한된 용량을 지원하는 장치
- 중/대형 컴퓨터에서는 자기디스크, 자기 테이프 등을 사용
- 개인용 컴퓨터는 플로피디스크, 하드디스크 CD, DVD 등을 주로 사용
디스크
- 플로피디스크
- 디스켓(Diskette)
- 하드디스크
- 가장 많이 쓰이고 있음
- 가격대비 성능이 우수
시디롬(CD-ROM)
- CD-ROM
- 멀티미디어 시대의 필수적 저장 매체로서 용량/가격 비율이 가장 저렴
- 읽을 수만 있으며 1, 2, 4배속 등의 속도로 발전
- 1x = 150Kbyte/sec & 200~530RPM
- CD-RW
- 기존의 읽기 전용 기능에 쓰기 기능이 가능한 매체
DVD롬
- Digital Video Disk
- 4.7 GB(single-sided, single-layer - common) ~ 17.08 GB(double-sided, double-layer - rare)
- 650 nm laser, 10.5 Mbit/s (1×)
낸드 플래시 메모리(Nand Flash Memory)
- 전기적으로 데이터를 지우고 다시 기록할 수 있는 비휘발성 컴퓨터 기억 장치로서 현재 가장 많이 사용되는 메모리 종류
- USB Drive, SSD, 휴대용 정보통신기기의 메모리로 사용됨
USB Flash Drive
- USB 포트에 꽂아 쓰는 이동이 편리한 저장 장치
- 크기가 작아 휴대하기가 매우 간편함
- 보안용 암호장치가 있어 자료를 안전하게 보관 가능
- 공인인증서 등을 안전하게 사용할 수 있어 정보의 외부 유출 위험을 줄일 수 있음
SSD(Solid States Drive)
- Flash Memory를 기존 HDD의 데이터 전송 인터페이스와 결합(SATA, PCIe 등)하여 HDD를 대체하는 저장장치로 사용
- 가볍고 데이터처리 속도가 빠름
- 외부충격에 강하며 조용함
'컴퓨터학개론' 카테고리의 다른 글
| 컴퓨터학개론 TIL - 04 운영체제 (0) | 2024.04.09 |
|---|---|
| 컴퓨터학개론 TIL - 02 정보의 표현 (0) | 2024.04.06 |
| 컴퓨터학개론 TIL - 01 디지털 혁명과 컴퓨터 (0) | 2024.04.05 |