3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조
💻 3.1.2 컴퓨터의 내부 구조
컴퓨터의 내부에는 입출력장치 , 주기억장치 ,보조기억장치, 제일 중요한 중앙처리 장치가 있다.
- ALU(연산장치) : 사칙 연산 및 논리 연산을 통해 프로그램의 명령을 실행하기 위한 장치
- Control Unit : 프로그램의 명령을 해석하고 각 장치에 지시, 각종 장치 동작을 제어
💻 3.1.3 컴퓨터 시스템의 구성 요소
1. 하드웨어 : 컴퓨터를 구성하는 물리적인 장치
(1) 입력 장치 : 데이터를 컴퓨터가 이해할 수 있도록 전기적인 신호로 변환
-> 키보드 , 마우스 , 통신 포트 , 센서 등등
(2) 출력 장치 : 중앙처리 장치에서 처리된 결과를 출력
-> 모니터, 스피커 , 프린터 , 플로터
(3) 중앙처리 장치 (마이크로프로세서)
(4) 주기억 장치 : 명령어와 데이터들을 기억하는 대규모 저장 장치
(5) 보조기억 장치 : 주기억 장치를 보조하는 기억장치
-> 자기 디스크, 하드 디스크 , CD-ROM , DVD, USB
2. 시스템 소프트웨어
(1) 시스템 소프트웨어
: 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 환경 조성 , 사용자 인터페이스 제공
종류
- 운영체제 : 컴퓨터의 전체적인 작동을 관리하는 프로그램
-> 감시 프로그램, 작업 관리 프로그램 , 데이터 관리 프로그램 , 문제 처리 프로그램 - 언어 번역 프로그램 : 프로그래밍 언어를 기계어로 번역하는 프로그램
1. 어셈블러 : 어셈블리어를 번역하는 프로그램
2 . 컴파일러 : 고급 언어를 번역하는 프로그램 - 유틸리티 프로그램 : 컴퓨터의 조작을 편리하게 해주는 프로그램, 기억장치에 저장되어 사용자가 필요로할 때 호출하여 사용한다.
->정령, 조합 , 편집 프로그램 , 파일 압축 유틸리티 , 디스크 관련 유틸리티
(2) 디바이스 드라이버
: 하드웨어와 운영체제 중간에 위치하여 장치를 동작 시키는 일을 한다.
(3) 펌웨어
- 시스템 효율을 높이기 위해 ROM에 들어 있는 기본적인 프로그램
- 소프트웨어와 하드웨어의 중가에 해당한다.
- BIOS : 전원이 들어올때 시스템을 초기화 , 이상유무 점검, 운영체제를 적재하는 과정을 담당
💻 3.2 중앙처리장치
3.2.1 마이크로 프로세서
: 중앙처리 장치를 한 개의 칩으로 구현한 것이다. 비트 수가 클수록 성능이 좋다
3.2.2 중앙처리 장치의 구성
- ALU : 자료를 처리하고 계산하는 장치이다. => 산술 연산 , 논리 연산
-> 자료를 레지스터로 가져와 연산을 수행한다.
- Control Unit : 연산의 순서를 차례대로 실행하기 위해 각종장치 제어
1 . fetch cycle -> 명령어를 해독하여 명령어 레지스터에 임시로 저장
2 . instuction execution cycle : 명령어 레지스터에 기억된 명령어에 따라 명령을 실행한다
3.2.3 중앙처리 장치의 종류
- CISC : 다양한 명령어 형식 제공, 구조 복잡 -> 비싸다, 일반적으로 PC에 사용되는 인텔 계열의 중앙처리 장치의 대부분
- RISC : 제어 논리 단순화(명령어의 수를 줄임) -> 연산 속도 향상, 저렴 => 워크스테이션에 사용
💻 3.3 명령어
주기억 장치의 프로그램 명령어 호출 -> 해독 -> 결과에 따라 자료 이동 -> 연산 -> 입출력
명령어 한 개가 실행되는 시간 = 명령어 페치 시간 + 명령어 실행 시간의 합
- 페치사이클
- 프로그램 카운터가 지시하는 명령을 명령 레지스터에 페치한다.
- 명령어를 해석하여 데이터에 대한 유효 주소를 생성한다.
- 실행 사이클
- 데이터를 페치하고 명령어를 실행한다.
- 인터럽트 사이클
- 인터럽트가 발생하면 위의 두 사이클을 마친 후 인터럽트에 대한 처리를 한다.
💻 3.3.2 명령어의 실행 과정
(1) 레지스터 : 실행의 중간 결과나 적은 양의 자료를 임시로 저장, Flip-Flop
- 메모리 버터 레지스터(MBR)
-> 주기억 장치에 있는 명령어를 임시로 기억한다. 모든 자료가 거치는 자료 출입용 레지스터 - 메모리 어드레스 레지스터(MAR)
-> 해독된 실행 대상의 데이터 주소를 임시로 기억, 정보호출을 위한 주소를 기억하는 제어용 레지스터 - 명령어 레지스터(IR)
-> 명령어 코드를 기억한다. 현재 수행중인 명령어를 임시로 기억해두는 레지스터 - 프로그램 카운터(PC)
-> 다음에 실행될 명령어의 주소를 기억한다. - 명령어 해독기(Instruction Decoder)
-> 명령어 코드를 해독하여 필요한 실행 신호를 발생시킨다. - 주소 해독기(Address Decode)
-> 주소를 해독하여 그 정보를 메모리 버퍼 레지스터로 전달한다. - 인덱스 레지스터(IR)
-> 명령어 실행 중 상대 주소를 결정하는 레지스터
📼 3.4 기억장치
" 기억 장치는 계층적 구조이다 " => 중앙처리 장치와 I/O 속도 차이 해소를 위한 전략
📼 3.4.2 주기억 장치
중앙처리 장치와 직접 자료를 교환할 수 있으며,
프로그램 수행에 필요한 기본적인 명령어와 데이터를 기억한다.
(1) 주기억 장치의 구성
- 프로그램 기억 장소 : 실행할 프로그램 명령어가 기억되는 장소
- 작업 장소 : 연산 장치에서 연산된 겨로가를 기억하는 장소
- 입력데이터 기억 장소 : 입력장치로부터 입력된 데이터를 기억하는 장소
- 출력데이터 기억 장소 : 출력될 데이터를 기억하는 장소
(2) 주기억 장치의 종류와 특성
집적 회로에 기억 소자 회로를 대량 집적 한것으로 크기가 작고, 속도가 빠르며 , 전력 소모가 작다. 대량 생산이 가능, 서능에 비해 저렴하다.
🔎 ROM (Read Only Memory) : 읽기 전용의 비휘발성
🔎 RAM (Random Access Memory) : 휘발성
속도의 차이 (빠른 순서) : SRAM > VRAM > DRAM
📼 3.4.3 보조기억 장치
(1) 중대형 컴퓨터 보조 기억 장치
- 자기테이프 장치
: 전원의 변화와 전자석의 작용에 의해 자성 분말에 자기장을 만들어 반영구적인 상태로 기억시킨다.
- 자기 디스크 장치
: 금속 원판을 여러 장으로 동일 축에 고정시키고, 원주를 따라 동심원 트랙이 있고, 특랙은 섹터로 나누어 진다.
- 자기 드럼 장치
: 알루미늄 합금체의원통형 표면에 자성 자료를 바른 기억장치 , 트랙들은 각각 자신의 헤드를 가지고 있다.
(2) 개인용 컴퓨터 보조기억 장치
- 하드 디스크
: 단단한 금속 상자 바닥에 PCB기판과 칩이 붙어있는 형태. 기판에는 메인 보드와의 연결을 위한 전원, 데이터 커넥터가 있다.
- CD-ROM 과 CD-RW
-> CD-ROM은 멀티미디어 시대의 저장 매체로서, 릭기 전용이므로 자료를 기록하거나 삭제 할 수 없다.
-> CD-RW는 쓰기와 읽기 기능을 동시에 만족, 저렴하고 사용법이 쉬워 많이 사용되고 있다.
- USB Flash Drive
: USB 포트에 꽂아 쓰는 플래시 메모리를 이용한 이동이 편리한 장치, 정보의 외부 유출 위험이 작다.
📼 3.4.4 최근의 기억 장치와 보조기억 장치 동향
1. 낸드 플래시 메모리
- 비휘발성 컴퓨터 기억 장치 => 현재 가장 많이 사용
- 휴대용 정보통신기기의 메모리로 사용 , 삼성전자와 하이닉스가 세계 시장을 주도
2. SSD (Solid State Drive)
- HDD를 대체할 차세대 저장매체 , HDD보다 가볍고 처리속도가 빠르며 낮은 전력 소모와 안정성이 장점
- 가격이 비싸다.
3. 외장 하드디스크 (휴대용 하드디스크)
- 외장형 케이스에 하드디스크를 결합한 제품
- 대용량 데이터 백업, 용량 확장, 휴대등의 용도
- 휴대성을 포기하고 직결 스토리지로서의 기능을 보강한 DAS도 있다.
