컴퓨터의 기본 구조를 알아보자

 

컴퓨터? 소프트웨어+하드웨어

 

• 소프트웨어[software]
  • 시스템 소프트웨어 → "os"
  • 컴퓨터 실행을 위해 공통적으로 필요한 프로그램. 컴퓨터 자원을 사용자가 편리하게 사용할 수 이 있도록 한다.
  • 응용 소프트웨어 → "program"
  • 사용자가 필요로 하는 기능을 제공. 다른 말로, 프로그램
• 하드웨어[Hardware]
  • 중앙처리장치 (Central Processing Unit) - 명령어를 해석하여 실행하는 장치
    
    
  • 메인 메모리 (Memory Unit) - 작업에 필요한 프로그램과 데이터를 저장하는 장소
    
    
  • 입력장치 (Input Unit) - 외부의 데이터를 컴퓨터에 입력하는 장치
    → 키보드, 스캐너, 마우스 등…
    
  • 출력장치 (Output Unit) - 컴퓨터에서 처리한 결과를 사용자 지정 형태로 출력하는 장치
    → 모니터, 스피커, 프린터 등…
    
    
  • 저장창지 (Storage) - 반영구적으로 저장할 수 있는 데이터 저장소
    → USB, SSD, HDD...
    
    데이터의 off와 관련없이 데이터를 반영구적으로 저장한다.

 

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이어 이런 장치들은 폰 노이만 구조로 연결되어있는데요.

여기서 폰 노이만 구조란? 필수장치와 주변 장치가 버스로 연결되어있는 구조를 말합니다.

 

 

본래는 다른 작업을 할 때마다 전선의 연결을 그 작업에 맞는 길을 매번 수동으로 연결해주는

하드와이어링(Hardwiring) 형태였는데요.

 

폰 노이만 구조는 와이어링 형태와 달리 하드웨어는 건드리지 않고,

프로그램만 교체해 메모리에 올려 처리하는 방식입니다.

 

따라서 그 특징 또한, “모든 프로그램은 메모리에 올라가야만 실행할 수 있다는 것”

 

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그럼 필수장치, CPU와 메모리에 대해 조금 더 자세히 들어가볼까요.

 

CPU, 중앙처리장치

명령어를 해석하여 실행하는 장치라 말했죠.

그렇다면, 무엇을 통해 명령어를 해석하고, 어떻게 실행할 수 있다는 말일까요?

 

ALU+CU+레지스터 → 처리

• ALU [Arithmetic and Logic Unit, 산술논리 연산장치] : 데이터 연산 장치
• CU [Control Unit, 제어장치] : 데이터 작업을 지시
• 레지스터 [Register] : 작업에 필요한 데이터를 cpu 내부에 임시적으로 보관

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Memory, 메인메모리

 

[RAM, 램]

 

RAM<휘발성 (→ 일시적인 데이터)

• DRAM (Dynamic)
• SRAM (Static)
• SDRAM (Synchronous)

RAM<비휘발성 (→ 영구적인 데이터)

• 플래시 메모리 (Flash)
• FRAM (Ferroelectric)
• PRAM (Phase)

[ROM, 롬]

• 마스크 롬 (Mask)
• PROM (Programmable)
• EPROM (Erasable Programmable)

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BUS

그럼 이들은 서로 어떻게, 무엇으로 연결되어 데이터를 주고받을 수 있는걸까요.

폰 노이만 구조에서 말했듯, 이들은 서로 버스로 연결되어있습니다.

 

*버스란 데이터가이동하는 길이라 생각하면 됩니다.

 

나누어보자면, 시스템버스와 CPU내부버스가 있는데,

 

시스템 버스 (Front Side Bus, 전면버스)

 

(1) 제어 버스 (Control Bus)

다음 작업을 지시하는 제어 신호입니다

양방향에서 상황을 신호로 전달하고 알림으로서 데이터 작업을 제어합니다.

마치 신호등처럼 데이터를 가져올 때는 읽기 신호, 처리 데이터를 메모리에 옮겨갈 때는 쓰기 신호를 보내요. 주변 장치의 경우도 제어 버스를 통해 작업 명령이 전달됩니다.

 

(2) 주소 버스 (Address Bus)

작업할 데이터의 위치 정보를 단방향으로 전달합니다

어느 위치에서 데이터를 읽고 저장할지, 작업할지 등 위치 정보가 전달되는 곳입니다

 

(3) 데이터 버스 (Data Bus)

처리 데이터가 옮겨지는 곳입니다.

제어 버스, 어떤 작업을 할지 “what”

주소 버스, 어디에서 “where”

을 전달받으면 데이터버스는 데이터를 목적지까지 이동시킵니다.

 

CPU내부 버스 (Back Side Bus, 후면버스)

CPU 내부를 구성하는 장치들간의 연결 경로이며, 이들은 *펄스의 속도에 맞춰 작업이 진행됩니다.

컴퓨터에서는 일정한 박자를 만들어내는데, 이를 클록이라고 합니다. 클록은 일정한 간격으로 틱이라는 것을 발생시켜 실행주기를 만들어내는데 우린 이것을 바로 클록 틱, 혹은 펄스라 지칭하는 것입니다. 펄스에 맞추어 컴퓨터 안의 모든 구성 부품들이 작업을 진행합니다. 그렇다는 것은 펄스가 짧을수록 cpu의 성능이 우수하다는 말과 같겠죠?

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그럼 총체적으로 데이터 처리 과정을 그려보면서 정리해봅시다.

 

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오늘은 컴퓨터의 기본 구성 및 동작에 대해 살펴보았습니다.

다음 시간에는, 처리 과정에서 어떤 개선점과 개선방안이 있는지

컴퓨터의 성능 향상 기술에 대해 간단히 정리해보려 합니다. 여기까지 읽어주셔 감사합니다😊

 

 

 

 

참고도서 : [쉽게 배우는 운영체제]