컴퓨터 구조론 1장 [컴퓨터의 기본 구조]

컴퓨터 시스템 개요

• 컴퓨터 시스템은 기본적으로 하드웨어와 시스템 소프트웨어로 구성되며, 시스템에 각종 응용 소프트웨어(application software)들이 탑재되어 사용자와 상호작용을 하면서 프로그램을 처리한다.
• 컴퓨터가 프로그램 형태로 주어진 작업을 수행하기 위해서는 표현된 정보들을 해석하거나 이동 시키고 처리하여 새로운 정보를 생성해야 한다.
• 컴퓨터에서는 각종 정보들의 전송 통로를 제공하며, 정보에 대한 처리가 실제 일어나게 해주는 물리적인 실체들을 하드웨어(hardware)라고 부른다.

하드웨어 구성

하드웨어의 구성요소

• 메인 보드(Main Board) : 주요 IC 칩들과 메모리 모듈 및 IO장치 인터페이스를 위한 슬롯들이 장착되는 기판으로, 주 기판 혹은 마더 보드(Mother Board)라고 부른다.
• CPU 및 GPU 칩: 멀티-코어 마이크로프로세스 및 그래픽처리유니트칩
• 주기억장치모듈(Main Memory Module): DDR4 SDRAM가 같은 메모리 칩들이 장착된 보드
• 확장 보드(Expansion Board): 사운드 카드(Sound Card)와 같이 기능 추가를 위하여 장착되는 각종 보드
• 전원공급창치(power Supply)
• 광 저장장치(Optical Storage Device):CD-ROM, DVD, 블루레이 디스크등
• 하드 디스크, SSD 등
• 키보드
• 마우스
• 디스플레이 모니터

 

소프트웨어란?

• 정보들이 이동하는 방향과 정보 처리의 종류를 지정해주고, 동작들이 수행될 시간을 명령해주는 명령(command)들의 집합이라고 정의한다.
• 소프트웨어는 하드웨어에 의존적이다. 즉, 컴퓨터의 기본적인 능력은 하드웨어에 의해 결정되며, 소프트웨어는 하드웨어가 제공해주는 기능들을 이용하여 최종적인 결과를 얻을 수 있도록 도와주는 것이다.
• 따라서 컴퓨터의 정보처리 능력, 즉, 얼마나 다양한 기능들을 어느 정도의 속도로 수행해 줄 수 있는지 근본적으로 하드웨어에 달려있으며, 소프트웨어의 수준에 따라 하드웨어의 사용 효율이 더 향상되거나 편리한 사용 환경이 제공될 수 있게 한다.
• 컴퓨터의 근본적인 기능은 수치적 혹은 논리적 데이터를 적절히 처리하는 것이며, 이를 위한 하드웨어는 반드시 전자 회로만으로 가능한 것은 아니다. 컴퓨터가 단순한 계산 기계로서만 작동하던 초기 시대에는 원형판이나 릴레이(relay)와 같은 기계장치들에 의해 그 기능들이 수행되었으며, 속도 향상과 기능 확장을 위해 점차적으로 전자 장치들로 대체되었다.

 

컴퓨터의 기본 구조

• 컴퓨터는 프로그램 코드들을 정해진 순서대로 실행하는데, 그 과정에서 필요한 데이터를 읽어서(read), 처리(processing)하고, 결과를 저장(store)한다. 
• 이러한 기능들이 수행하는 컴퓨터 하드웨어는 여러 요소들이 상호 연결되어 구성된다.
• 구성 요소들의 중요 기능 중 하나인 중앙처리장치(Central Processing Unit : CPU)는 프로그램 실행과 데이터 처리라는 중추적인 기능의 수행을 담당한다.

• CPU는 프로세서(processor)라고 불리기도 하며, 사실상 컴퓨터의 특성과 성능에 가장 큰 영향을 미치는 구성 요소이다.
• CPU가 한번에 처리하는 데이터의 길이(비트 수)에 따라 8-bit, 32-bit 혹은 64-bit 컴퓨터로 분류되며, 컴퓨터의 이론적인 처리 속도는 CPU의 성능에 의해 결정된다. (실제 속도는 시스템 내 다른 요소들의 영향을 받아서 약간 더 낮아질 수 있다.)
• CPU가 처리할 프로그램 코드와 데이터는 기억장치(memory:저장장치(stroage device)라고도 함)에 저장되는데, 기억장치는 특성과 속도 및 용도에 따라 주 기억장치와 보조 기억장치로 나누어진다.

주기억장치(Main Memory)는 메인보드 상에서 CPU 가까이에 위치하며, 반도체 기억장치 칩(semiconductor memory chip)들로 이루어져 고속의 읽기 및 쓰기가 가능하지만, 가격이 높고 면적을 많이 차지하기 때문에 저장 용량에 한계가 있다. 또한 영구 저장 능력이 없기 때문에 프로그램 실행중에만 일시적으로 사용되는 기억장치이다.

 

-요약 : 주기억장치(액세스 속도가 높지만, 프로그램 실행 중에만 사용될 수 있는 일시적인 기억장치)

보조저장장치(auxiliary storage device) : 2차 기억 장치(secondary memory)라고도 함)는 하드디스크(hard-disk)나 SSD(Solid-State-Drive)와 같이 영구저장능력을 가진 기억장치들을 말하며, 저장 밀도가 높고 비트 당 가격이 저렴하지만, 기계적인 차이가 포함되거나 쓰기 동작이 복잡한 반도체 칩들을 이용하기 때문에 속도가 느리다.

 

-요약 : 보조저장장치(속도는 느리지만, 영구 저장 능력을 가진 보조기억장치)

입출력 장치(I/O device : 이하 I/O장치라 함)는 입력장치(Input Device)와 출력 장치(Output Device)를 통칭하는 용어로서, 키보드와 디스플레이 모니터 및 프린터 외에도 다양한 장치들일 개발되어 있다. 이들은 CPU로부터 명령을 받아서 장치의 동작을 제어하고 데이터를 이동시키는 일을 수행한다.

이와 같이 CPU에 의해 직접 액세스 되지 못하고 별도의 제어기를 통하여 액세스가 가능한 I/O장치와 보조저장장치들은 주변장치(Peripheral device)라고 부르기도 한다.

 

-요약 : 입출력 장치(사용자와 컴퓨터간의 상호작용(interaction)을 위한 장치)

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Reference

컴퓨터의 기본 구조(참고문헌: '컴퓨터구조론', 김종현 저, 생능출판사)

https://www.devkuma.com/docs/c/%ED%95%98%EB%93%9C%EC%9B%A8%EC%96%B4-%EA%B5%AC%EC%84%B1/#google_vignette

C 언어 | 컴퓨터 시스템 개발 | 하드웨어 구성

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B8%B0%EC%96%B5_%EC%9E%A5%EC%B9%98

기억 장치 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

https://www.backblaze.com/blog/ssd-vs-hdd-future-of-storage/

HDD vs SSD: What Does the Future for Storage Hold

https://computer744.wordpress.com/2015/11/16/computer-peripheral-device/

Computer Peripheral Device