하드웨어 구성과 특징

컴퓨터 하드웨어

• CPU, 메모리(기억장치), 주변장치로 구성
• 시스템 버스로 연결되어 있음

1. CPU

• 모든 장치의 동작을 제어하고 연산 수행
• 레지스터 + 연산장치 + 제어장치 (노란색 밑줄: 데이터 부분 / 파란색 밑줄: 제어 부분)

레지스터

• 가시 레지스터: 정보 변경 가능
  • 데이터 레지스터 (DR, Data Register)
  • 주소 레지스터 (AR, Address Register)
• 불가시 레지스터: 정보 변경 불가능
  • 프로그램 카운터 (PC, Program Counter): 다음 실행할 명령어의 주소 저장
  • 명령어 레지스터 (IR, Instruction Register): 현재 실행하는 명령어 저장
  • 누산기(ACC/AC, Accumulator): 데이터를 일시적으로 저장
  • 메모리 주소 레지스터 (MAR, Memory Address Register): 참조하려는 데이터의 주소 저장
  • 메모리 버퍼 레지스터 (MBR, Memory Buffer Register): 읽거나 저장할 데이터를 보관하는 곳

2. 메모리 계층 구조

• 메모리를 계층적으로 구성하여 비용, 속도, 용량, 접근 시간을 상호 보완

• CPU가 직접접근 가능: 레지스터, 캐시, 메인 메모리(RAM)
• CPU가 접근 가능: 보조기억장치(USB, CD, HDD 등등)

3. 메인 메모리

• CPU 외부에 있으면서 수행할 프로그램과 데이터를 저장하거나 CPU에서 처리한 결과를 저장
• 주기억장치 또는 1차 기억장치라고도 부름
• DRAM을 많이 사용함
  • DRAM, Dynamic RAM: 저장된 데이터가 시간과 전원의 끊김에 따라 소멸됨, 휘발성

• 서로 속도 차이를 보완
• CPU와 보조기억장치 사이에 있으며, 여기서 발생하는 디스크 입출력 병목 현상을 해결하는 역할
  • 병목 현상: 시스템의 전체 성능이나 용량이 하나 또는 n개의 구성 요소나 자원에 의해 제한받는 현상
• CPU와 메인 메모리 사이에도 속도 차이가 있어 부담을 줄이기 위해 캐시 메모리를 사용하기도 함

4. 캐시 Cache

메인 메모리에 저장된 내용의 일부를 임시로 저장해두는 기억장치

• CPU 내부나 외부에 있으며, 처리 속도가 빠른 CPU와 상대적으로 느린 메모리의 속도 차이를 보완하는 역할

캐시 적중 (Cache Hit) / 캐시 실패 (Cache Miss)
참조하려는 정보가 캐시가 있는지(hit) 없는지(miss)

• 캐시 적중: CPU → 캐시
• 캐시 실패: CPU ≠> 캐시 / CPU → RAM

적중이 잘 되려면 캐시에 저장할 데이터가 지역성을 가져야 됨

• 공간적 지역성: 주소가 인접한 곳을 참조하는 것
• 시간적 지역성: 한 번 참조한 곳을 다시 참조하는 것
  • 지역성: 데이터 접근이 시간적, 또는 공간적으로 가깝게 일어나는 것