컴퓨터 시스템의 구성

컴퓨터의 기본 구성

• 하드웨어: 컴퓨터에서 각종 정보를 입력하여 처리하고 저장하는 동작이 실제 일어나게 해 주는 물리적인 실체
• 소프트웨어: 정보 처리의 종류를 지정하고 정보의 이동 방향을 결정하는 동작이 일어나는 시간을 지정해 주는 명령들의 집합

컴퓨터의 기본 구성

 

하드웨어

• 컴퓨터 하드웨어는 중앙 처리 장치, 주기억 장치, 보조 기억 장치, 입출력장치, 시스템 버스로 구성된다.
• 컴퓨터의 기능을 수행하기 위해 각 구성 요소들은 시스템 버스를 통해 상호 연결되어 있다.

컴퓨터의 하드웨어 구성

• 버스: 컴퓨터 안의 부품들 간에, 또는 컴퓨터 간에 데이터와 정보를 전송하는 통로이다.
• 이러한 표현에는 관련된 모든 하드웨어 부품들 및 통신 프로토콜을 포함한 소프트웨어를 아우른다.
• 필요에 따라서 세분화된 버스가 존재한다.

중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU)

• CPU: 사실상 컴퓨터의 특성을 결정하며, 컴퓨터의 핵심 기능인 프로그램 실행과 데이터 처리를 담당한다.
• 중앙 처리 장치를 프로세서 또는 마이크로프로세서라고도 부른다.
• 산술 논리 연산 장치(Arithmetic and Logic Unit, ALU): 산술 연산 논리 연산, 보수 연산, 시프트 연산을 수행한다.
• 제어 장치(Control Unit, CU): 프로그램의 명령어를 해독하여 명령어 실행에 필요한 제어 신호를 발생시키고 컴퓨터의 모든 장치를 제어한다.
• 레지스트(register): 중앙 처리 장치 내부에 있는 데이터를 일시적으로 보관하는 임시기억 장치로, 프로그램 실행 중에 사용되며 고속으로 엑세스 할 수 있다.

중앙 처리 장치 내부 구조

 

주 기억 장치(main memory)

• 주기억 장치: 반도체 칩으로 구성되어 고속으로 엑세스가 가능하지만 고가이며, 휘발성 메모리이다.
• 보조기억장치보다 빠르고 캐시메모리보다는 느리고, 용량은 보조기억장치 보다 적다.
• 중앙처리장치가 직간접적으로 접근하여 데이터를 처리할 수 있는 기억장치로 컴퓨터 내부에서 현재 중앙처리장치가 처리하고 있는 내용을 저장하고 있다.
• 과거에는 자기 코어를 사용하여 코어를 통과하는 전선에 전류를 보내 자화 된 방향에 따라 0과 1을 기억하게 했다.
• 현재는 대부분 반도체 기억장치를 사용하는데 이는 롬(ROM)과 램(RAM)이 있다.
• ROM: 읽기만 하는 기억장치로서 전원이 끊어져도 기억된 내용이 지워지지 않는다.
• RAM: 기억된 내용을 사용자가 임의로 변경할 수 있으며 프로그램이나 자료를 저장할 수 있으나 전원이 꺼지면 기억된 내용이 모두 지워진다.

 

보조 기억 장치(auxiliary storage unit)

• 보조 기억 장치: 하드 디스크나 SSD와 같은 비휘발성 메모리이며, 저장 밀도가 높고 저가이지만 속도가 느리다.
• 중앙 처리 장치에 당장 필요하지 않은 많은 양의 데이터나 프로그램을 저장하는 장치이다.

 

입출력 장치(I/O device)

• 입력 장치(input device): 데이터를 전자적인 2진 형태로 변환하여 컴퓨터 내부로 전달한다.(키보드, 마우스)
• 출력 장치(output device): 중앙 처리 장치가 처리한 전자적인 형태의 데이터를 사람이 이해할 수 있는 데이터로 변환하여 출렿ㄱ한다.(모니터, 프린터, 스피커)

 

소프트웨어

• 소프트웨어: 컴퓨터를 구성하고 있는 하드웨어를 잘 동작시킬 수 있도록 제어하고, 지시하는 모든 종류의 프로그램을 의미한다.
• 프로그램: 컴퓨터를 사용해 어떤 일을 처리하기 위해 순차적으로 구성된 명령들의 집합이다.

 

시스템 소프트웨어(system software)

• 시스템 소프트웨어: 하드웨어를 관리하고 응용 소프트웨어를 실행하는데 필요한 프로그램이다.
• 운영체제(OS), 언어 번역 프로그램 등이 이에 속한다.

시스템 소프트웨어

응용 소프트웨어

• 컴퓨터 시스템을 일반 사용자들이 특정한 용도에 활용하기 위해 만든 프로그램으로, 애플리케이션, 앱 이라고도 한다.

 

프로그램 처리 과정

프로그램은 고급언어 -> 어셈블리어 -> 기계어 순으로 변환

고급 언어 프로그램의 변환 과정과 예시

 

기계어 구조 예시

연산코드 + 오퍼랜드로 이루어져 있음

• 연산 코드: CPU가 수행할 연산을 지정하는 비트들, 비트 수 = 3이면
• 지정할 수 있는 연산의 최대 수 :2^3 = 8개

 

• 오퍼랜드: 연산에 사용될 데이터가 저장되어 있는 기억 장치 주소
• 비트 수 =5 이면, 주소지정할 수 있는 기억 장소의 최대 수 :2^5 =32개

기계어 구조 예시

프로그램과 데이터가 주기억 장치에 저장되어 있는 형태

• 명령어와 데이터는 지정된 기억 장소에 저장
• 워드(word) 단위로 저장. 워드는 CPU에 의해 한 번에 처리될 수 있는 비트들의 그룹(8,16,32,66비트)

프로그램과 데이터가 주기억 장치에 저장되어 있는 예