컴퓨터의 구성

in CS on Computer Structure


컴퓨터가 가지는 구성을 알아보자.

컴퓨터 시스템은 크게 하드웨어와 소프트웨어로 나누어진다.

  • 하드웨어 : 컴퓨터를 구성하는 기계적 장치
  • 소프트웨어 : 하드웨어의 동작을 지시하고 제어하는 명령어 집합

하드웨어

하드웨어는 서로 시스템 버스로 연결되어 있고, 시스템 버스는 데이터와 명령 제어 신호를 각 장치로 실어나르는 역할을 한다.

1. 중앙처리장치(CPU)

인간으로 따졌을 때 두뇌에 해당하는 부분.

주기억장치에서 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 명령어의 수행 순서를 제어한다. CPU는 비교와 연산을 담당하는 산술논리연산장치(ALU)와 명령어의 해석과 실행을 담당하는 제어장치 , 속도가 빠른 데이터 기억 장소인 레지스터로 구성되어 있다.

개인 컴퓨터 같은 소형 컴퓨터에서는 CPU를 마이크로프로세서라고도 한다.

2. 기억장치 : RAM, ROM, HDD

기억장치는 프로그램, 데이터, 연산의 중간 결과를 저장하는 장치이다.

주기억 장치, 보조기억장치로 나누어진다. 실행중인 프로그램 등 프로그램에 필요한 데이터를 일시적으로 저장한다.

  • 보조기억장치 : 하드디스크. 주기억장치에 비해 속도는 느리지만 많은 데이터를 영구적으로 보관할 수 있다.

  • RAM : 전원이 끊어지면 데이터들이 소멸되기 때문에 휘발성 메모리라 부른다.(Volatile Memory) 데이터를 읽는 속도 = 기록하는 속도, 컴퓨터의 주기억장치, 응용 프로그램 로딩, 데이터 일시 저장과 같은 곳에 사용된다.
  • ROM : 전원이 끊어져도 기록된 데이터들이 소멸하지 않는 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory)이다. 즉 ROM에 데이터를 반영구적으로 저장하여 이를 지속적으로 사용하게 된다.

3. 입출력 장치 : 마우스, 프린터

  • 입력 장치 : 컴퓨터 내부로 자료를 입력하는 장치 (키보드, 마우스)
  • 출력 장치 : 컴퓨터에서 값들을 외부로 표현하는 장치 (프린터, 모니터, 스피커)

시스템 버스

버스란 컴퓨터 안에서 각종 장치들이 서로 데이터를 전송하기 위해 쓰는 전선이라고 보면 된다.

시스템 버스는 하드웨어 구성 요소를 물리적으로 연결하는 선이다.

각 구성 요소가 다른 구성 요소로 데이터를 보낼 수 있도록 해주는 통로이다.

용도에 따라 데이터 버스, 주소 버스, 제어 버스로 나뉜다.

1. 데이터 버스

중앙처리장치(CPU)와 기타 장치 사이에서 데이터를 전달하는 통로.

  • 기억 장치와 입출력장치의 명령어와 데이터 -> 중앙처리장치
  • 중앙처리장치 연산 결과 -> 기억장치와 입출력 장치

각종 장치들이 자신들의 데이터를 보내는 만큼, 서로가 보낼 수 있는 양방향 버스이다.

2. 주소 버스

데이터를 전달하기 위해서는 기억장치의 ‘주소’를 정확하게 해줘야 한다. CPU에서 메모리의 주소를 지정할 때, 그 주소가 어딘지에 대한 정보를 보내는 버스를 의미한다. 예를 들어 CPU에서 메모리 중 00001111 주소에 해당하는 곳에 데이터를 보내려면 데이터 뿐만 아니라 이 00001111이라는 정보도 주소 버스를 통해 보내야 하는 것이다.

중앙처리장치 -> 주기억장치나 입출력장치 로 기억장치의 주소를 전달하는 통로.

CPU가 주소를 지정하면서 보내느 버스이므로 단항향 버스이다.

주소 코드가 n비트 -> 주소 버스는 n개의 회선 -> 2^n개의 주소를 지정할 수 있다.

3. 제어 버스

데이터 버스와 주소 버스는 모든 장치에 공유되기 때문에 이를 제어할 수단이 필요하다.

중앙처리장치 -> 기억장치/입출력장치에 제어 신호를 전달하는 통로

중앙처리장치에게 어떤 동작을 지시하는 단방향 / 양방향일 수도 있는 버스이다.

제어 신호의 종류에는 기억장치 읽기 및 쓰기, 버스 요청 및 승인, interrupt 요청 및 승인, clock, reset 등이 있다.

제어 버스는 읽기 동작과 쓰기 동작을 모두 수행하기 때문에 양방향 버스라고 보면 될 것 같다.

  • 컴퓨터는 기본적으로 1. 읽고 처리 2. 저장 하는 과정으로 이루어진다. (Read -> Process -> Write)

이 과정을 진행하면서 끊임없이 주기억장치(RAM)과 소통한다. 이때 운영체제가 64bit라면, CPU는 RAM으로부터 데이터를 한 번에 64bit씩 읽어온다.

소프트웨어

  • 시스템 소프트웨어 : 운영체제, 컴파일러
  • 응용 소프트웨어 : 워드프로세서, 스프레드 시트 등등

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