1. 컴퓨터 구조를 알아야 하는 이유

• 개발한 프로그램이 어떤 환경에서 어떻게 작동하는지 이해하고 있어야 하고, 프로그램을 위한 최적의 컴퓨터 환경을 스스로 파악할 수 있어야 함
• 컴퓨터 구조를 이해하면 입력과 출력에만 집중하는 개발을 넘어 성능, 용량, 비용까지 고려하며 개발하는 개발자가 될 수 있음

2. 컴퓨터 구조의 큰 그림

1. 컴퓨터가 이해하는 정보

• 컴퓨터는 0과 1로 표현된 정보만을 이해함
• 정보에는 크게 데이터, 명령어 두 가지가 있음
  • 데이터 : 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보
  • 명령어 : 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보

2. 컴퓨터의 4가지 핵심 부품

• 컴퓨터의 핵심 부품은 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU), 주기억장치(Main Memory, 메모리), 보조기억장치(Secondary Storage), 입출력장치(I/O device)가 있음

• 메모리(Central Processing Unit)

  • 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품
    • 프로그램이 실행되려면 반드시 메모리에 저장되어 있어야 함
  • 컴퓨터가 빠르게 작동하기 위해서는 메모리 정보(명령어, 데이터)가 정돈되어 있어야 하고, 이때 주소라는 개념이 사용됨

• CPU

  • 컴퓨터의 두뇌 : 메모리에 저장된 명령어를 읽어들이고 읽어 들인 명령어를 해석하고 실행하는 부품

  • CPU의 구성요소

    • 산술 논리 연산 장치(Arithmetic Logic Unit, ALU)
      • 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산은 ALU가 도맡아 수행
    • 레지스터(register)
      • CPU 내부의 작은 임시 저장 장치
      • 프로그램을 실행하는 데 필요한 값들을 임시로 저장함
      • CPU에는 여러 개의 레지스터가 존재하고 각기 다른 이름과 역할을 가짐
    • 제어 장치(CU)
      • 제어신호라는 전기 신호를 내보내고 명령어를 해석
        • 제어신호 : 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기 신호

  • 명령어 실행 과정

    

    1. 제어장치는 1번지에 저장된 명령어를 읽어 들이기 위해 메모리에 “메모리 읽기” 제어 신호를 보냄
    2. 메모리는 1번지에 저장된 명령어를 CPU에 건내주고 명령어 레지스터에 저장
    3. 제어장치는 읽어 들인 명령어를 해석한 뒤 3, 4번지에 저장된 데이터가 필요하다고 판단
    4. 제어장치는 3, 4 번지에 저장된 데이터를 읽어들이기 위해 메모리에 “메모리 읽기” 제어 신호를 보냄
    5. 메모리는 3, 4 번지에 저장된 데이터를 CPU에 건내주고 이 데이터들은 서로 다른 레지스터에 저장
    6. 산술논리연산장치(ALU)는 읽어 들인 데이터로 연산 수행
    7. 계산의 결괏값은 다른 레지스터에 저장

  • 메모리는 가격이 비싸 저장 용량이 적고, 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃음

• 보조 기억 장치

  • 메모리보다 크기가 크고 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는, 메모리를 보조할 저장 장치
    • SSD, USB, DVD, CD-ROM 등

• 입출력 장치

  • 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치
  • 보조기억장치와 입출력장치를 “컴퓨터 주변에 붙어있는 장치”라는 의미에서 주변장치로 통칭하기도 함

• 메인보드와 시스템 버스

  

  • 메인보드
    • 모든 부품들은 모두 메인보드(마더보드)라는 판에 연결됨
    • 여러 컴퓨터 부품들을 부착할 수 있는 슬롯과 연결 단자가 존재
  • 시스템 버스
    • 메인 보드에 연결된 부품들은 내부에 버스라는 통로로 정보를 주고 받을 수 있음
    • 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품을 연결하는 가장 중요한 버스는 시스템 버스임
    • 시스템 버스 구성
      • 주소 버스 : 주소를 주고 받는 통로
      • 데이터 버스 : 명령어와 데이터를 주고 받는 통로
      • 제어 버스 : 제어 신호를 주고 받는 통로

참조

강민철, 혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제, 한빛미디어