컴퓨터 구조 1장

컴퓨터 구조

컴퓨터 구조는 크게 두 가지입니다.

첫 번째는 컴퓨터가 이해하는 정보

두 번째는 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품을 컴퓨터 구조입니다.

컴퓨터가 이해하는 정보를 보면 데이터와 명령어가 있습니다.

데이터는 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보를 데이터라고 하며 데이터는 명령어 없이는 아무것도 할 수 없는 정보 덩어리일 뿐이지만, 명령어는 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보를 말합니다.

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컴퓨터의 4가지 핵심 부품

중앙처리장치(CPU),주 기억장치(main memort), 보조 기억 장칭(secondary storage), 입출력장치(input/output(I/O) device이다. 이 4개만 알고 있어도 작동원리를 파악할 수 있습니다.

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CPU는 메모리에 저장된 명령어를 읽어들이고, 읽어들인 명령어를 해석하고 실행하는 장치이다. CPU의 역할과 작동원리를 알기 위해서 내부 구조를 알아야 한다.

 

내부 구성 요소 중 가장 중요한 세 가지는 ALU, Register, Control Unit이며 이 세 가지를 먼저 알아보자

ALU에 대해 먼저 알아보면 사람들은 ALU를 계산기라고 말합니다.

이유는 ALU는 계산을 위해 존재하는 부품이기 때문이다.

 

ALU의 주요 기능

1. 산술 연산 : ALU는 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 산술 연산을 수행한다. 이러한 연산은 컴퓨터에서 숫자들을 계산하는데, 중요한 계산 작업에 활용된다.
2. 논리 연산 : ALU는 논리적인 연산인, AND, OR, NOT, XOR 등을 수행한다. 이러한 연산은 프로그램의 조건문, 논리적인 판단 등에 사용되며 프로그램 제어 구조와 결정을 지원한다.
3. 비교 연산 : ALU는 두 값이 서로 같은지, 크거나 작은지 등을 비교하는 연산도 수행한다. 이를 통해 프로그램은 조건 분기(분기 명령어)를 실행하여 다른 경로로 프로그램의 흐름을 제어할 수 있다.

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Register

Register는 CPU 내부의 작은 임시저장 장치이다. 프로그램을 실행하는 데 필요한 값들을 임시로 저장하는 일을 하고 있다.

Register의 특징은 속도, 크기, 역할, 명칭, 레지스터 파일을 확인할 수 있다.

1. 레지스터는 CPU 내부에 위치하며 직접적으로 연결되어 있기 때문에 매우 빠른 데이터 접근 속도를 가지고 있다.
2. 크기 : 레지스터는 CPU의 디자인에 따라 다양한 크기를 가질 수 있지만, 일반적으로 32bit, 64bit의 데이터를 저장할 수 있다.
3. 역할 : 산술 논리 연산을 수행하는 데 필용한 데이터를 저장하는 데 사용되며, 중간 계산 결과나 메모리 주소 등을 임시 저장할 수 있다.
4. 명칭 : 레지스터는 주로 알파벳이나 숫자로 표현된다.
5. 레지스터 파일 : CPU는 여러 개의 레지스터로 구성된 레지스터 파일을 포함한다. 레지스터 파일은 명령어의 실행에 필요한 데이터를 저장하고 다양한 레지스터들 간의 데이터 전달을 지원한다.

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Control Unit

컴퓨터의 모든 동작을 조정하고 제어하는 역할을 담당한다. 주로 프로그램의 명령어를 순차적으로 해석하고, 해당 명령어에 따라 다른 하드웨어 구성 요소들을 활성화시키거나 제어하여 프로그램의 명령을 실행합니다.

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Control Unit의 주요 기능

1. 명령어 해석 : 메모리에서 가져온 명령어를 해석하고, 명령어의 종류와 실행해야 할 작업을 결정한다.
2. 명령어 실행 : 명령어를 실행하기 위해 필요한 다른 하드웨어 구성 요소들과의 상호 작용을 조정한다.
3. 프로그램 카운터 관리 : 다음 실행할 명령어의 주소를 유지하고, 명령어의 순차적인 실행을 지원한다.
4. 제어신호 발생 : 명령어에 따라 다른 하드웨어 유닛들을 제어하기 위해 적절한 제어 신호를 생성한다.
5. 예외 처리 : 프로그램 실행 중 예외 상황을 감지하고 이를 적절하게 처리한다.

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보조기억장치

컴퓨터에서 데이터를 비영구적으로 저장하는 기억장치를 말한다. 이러한 기억장치는 CPU의 주 기억 장치(RAM)와는 달리 전원이 꺼져도 데이터를 보존하며, 대용량 데이터를 비교적 오랜 기간 동안 보관할 수 있다.

주요 보조 기억 장치로는 하드 드라이브, 솔리드스테이트 드라이브, 광학 디스크 등이 있다.

1. 하드 드라이브 : 기계적으로 회전하는 디스크 플래터에 자기적으로 데이터를 기록하고 읽어노는 방식으로 동작한다. 저렴하고 대용량 저장이 가능하지만 상대적으로 느린 속도와 내구성에 문제가 있을 수 있다.
2. 솔리드스테이트 드라이브 : 기계적인 부품이 없이 반도체 메모리를 사용하여 데이터를 저장하는 방식으로 동작합니다. 빠른 속도와 내구성, 소음 없음 등의 장점을 갖고 있지만, 비용이 상대적으로 더 비싸고 용량당 가격이 높다.
3. 광학 디스크 : CD, DVD, Blu-ray 디스크 등으로 데이터를 빛으로 읽고 쓰는 방식으로 동작한다. 읽기 전용 디스크(ROM)와 읽기/쓰기 가능한 디스크(RW)로 나뉘며, 데이터를 장기적으로 보관하는데 주로 사용된다.

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입출력 장치

컴퓨터와 외부 환경 간에 데이터와 명령어를 주고받는 장치들을 말합니다. 컴퓨터는 이러한 입출력 장치를 사용하여 사용자와 상호작용하고, 데이터를 입력받거나 처리결과를 출력한다. 입출력 장치는 다양한 형태와 기능을 갖추고 있으며, 컴퓨터의 사용성과 효율성에 큰 영향을 끼친다.

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메인보드

메인보드 또는 마더보드는 컴퓨터 시스템의 가장 중요한 기판으로, 다른 모든 하드웨어 구성 요소들을 연결하고 통합하는 역할을 한다. 메인보드는 CPU, RAM, 그래픽 카드, 저장 장치 등 다양한 하드웨어를 연결하고 상호 작용시키는 중요한 부품으로, 컴퓨터의 핵심 구성 요소들이 부착되는 주요 플랫폼이다.

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주요 기능

1. CPU 소켓 : 메인보드는 중앙 처리 장치(CPU)를 부착할 수 있는 CPU 소켓을 가지고 있다. CPU는 메인 보드와 함께 컴퓨터 두뇌로 모든 작업을 수행한다.
2. 슬롯 및 포트 : 메인보드에는 확장 카드를 연결할 수 있는 슬롯과 USB 포트, 오디오 포트, 이더넷 포트 등의 다양한 포트가 있습니다.
3. 주 메모리 슬롯:메인보드에는 주 기억 장치인 RAM을 부착할 수 있는 슬롯이 있으며, CPU와 주 기억 장치 간의 통신을 지원한다.
4. 칩셋 : 메인보드에는 칩셋이라고 하는 논리 회로가 포함되어 있다. 칩셋은 데이터 전송과 컴퓨터 내부의 여러 하드웨어 구성요소들 간의 통신을 조정한다.
5. BIOS(펌웨어) : 메인보드에는 컴퓨터가 부팅할때 필요한 기본 입출력 시스템(BIOS) 또는 UEFI가 저장되어 있다.
6. 전원 공급 : 메인보드는 컴퓨터에 전원을 공급하는데 필요한 커넥터와 회로를 포함하고 있습니다.
7. 포맷 요소 : 메인보드의 크기와 포맷은 ATX, Micro-ATX, Mini-ITX 등 다양하며, 이에 따라 컴퓨터 케이스에 적합한 메인보드를 선택해야 한다.