컴퓨터 구조 입문

저번에 참여했던 길벗 자율학습단이 괜찮아서 이번에는 CS 공부를 위해 컴퓨터 구조와 운영체제파트를 신청해서 하게되었다. 이번에도 열심히 해서 수료해야지~~

공부하는 모습 ㅋㅋㅋ

 

4주동안 열심히 달려보자~!

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하드웨어 : 컴퓨터를 구성하는 실제 부품

• 중앙처리장치(CPU) : 컴퓨터의 두뇌; 모든 연산과 명령 처리
• 메모리(RAM) : 데이터를 일시적으로 저장, 컴퓨터가 빠르게 작업할 수 있도록 도움
• 보조 기억 장치(HDD, SSD) : 데이터를 영구적으로 저장하는 장치
• 입출력 장치(키보드, 마우스, 모니터 등): 사용자가 컴퓨터와 상호작용할 수 있도록 도움

소프트웨어 : 컴퓨터가 특정 작업을 수행하도록 지시하는 프로그램

• 시스템 소프트웨어(system software): 하드웨어와 응용 소프트웨어 사이의 인터페이스를 제공하며, 컴퓨터 시스템의 기본 운영을 관리하는 소프트웨어. 주로 시스템의 유지, 관리, 성능 최적화 등을 목적으로 함

       ○ 운영체제, 유틸리티 프로그램(백신, 디스크 관리 도구 등)

• 응용 소프트웨어(application software): 사용자가 특정 작업이나 목적을 달성하기 위해 사용하는 소프트웨어, 보통 사용자 인터페이스(UI)를 제공

       ○ 웹 브라우저, 게임, 문서 폅집기, 소프트웨어 모듈, 라이브러리, 플러그인 등

 

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컴퓨터의 주요 구성 요소

 

폰 노이만 구조

(Von Neumann architecture)

컴퓨터가 데이터를 처리하는 기본 원리를 설명

• CPU가 메모리에 저장된 프로그램과 데이터를 순차적으로 처리함
• 프로그램과 데이터는 동일한 메모리 공간에 저장됨
• 데이터와 명령어는 버스(bus)를 통해 CPU와 메모리 사이에서 이동함

입력 → CPU [←버스→ 메모리 (프로그램, 데이터) ] → 출력

 

장점

●  CPU와 메모리가 직접 연결되어 있음. 간단해서 설계와 운영이 효율적임

●   프로그램과 데이터가 같은 메모리에 저장되어 실행 중인 프로그램을 쉽게 수정하거나 업데이트 할 수 있으며 소프트웨어 개발과 유지 보수가 간편함

●  프로그램을 메모리에 저장하면 언제든지 실행할 수 있음 → 다양한 작업에 유연하게 대응 가능

 

단점

●  CPU 처리 속도에 비해 메모리 접근 속도가 느림 → 폰 노이만 병목 현상 (: CPU 처리속도가 제한됨)

●  명령을 순차적으로 실행하는 구조 → 여러 프로세서를 동시에 사용하는 병렬 처리의 어려움

 

 

CPU

Central Processing Unit

명령어를 해석해 처리하는 컴퓨터의 핵심 장치. 산술 논리 장치, 제어 장치, 레지스터로 구성됨

 

1. 산술 논리 장치

ALU, Arithmetic Logic Unit

컴퓨터가 데이터를 처리하고 계산할 수 있도록 도와주는 장치

데이터와 제어 신호를 입력으로 받아 연산을 수행하고, 결과와 상태 플래그를 출력함. 연산 결과는 레지스터나 메모리에 저장됨

 

2. 제어 장치

Control Unit

CPU가 프로그램의 명령어를 올바르게 실행하도록 돕는 역할

메모리에 저장된 명령어를 읽어와서 어떤 작업을 수행해야 하는지 결정하고, ALU에 지시를 내림. 주변 장치에도 제어 신호를 보내 각 장치가 제대로 작동하도록 함

 

3. 레지스터

Register

CPU 내부에 있는 초고속 저장 장치, CPU가 처리할 데이터나 명령어를 임시로 저장하는 데 사용. 메모리보다 훨씬 빠르게 데이터를 처리할 수 있음

• 연산을 위한 데이터나 결과를 임시로 저장
• 현재 실행 중인 명령어를 저장해 CPU가 빠르게 해석하고 실행할 수 있도록 함
• 메모리에서 데이터를 가져올 경우 메모리 주소를 저장하고 참조

4. 메모리

컴퓨터에서 데이터를 저장하는 장치. 일반적으로 주기억장치(main memory)의미

CPU가 직접 접근할 수 있는 메모리로, 프로그램이 실행될 때 데이터를 일시적으로 저장하는 공간. 속도가 빨그지만, 전원이 꺼지면 데이터가 사라지는 휘발성 가짐. ex)RAM

 

5. 보조 기억 장치

데이터를 영구적으로 저장하는 장치. HDD, SSD, USB, 외장 하드 등

 

역할

• 데이터 영구 저장 (=전원이 꺼져도 데이터 영구 보관 가능)
• 메모리에 데이터 로드(: CPU 직접 접근 불가)
• 데이터 백업 및 복구
• 가상 메모리로 활용

6. 입출력 장치

컴퓨터가 외부와 소통할 수 있게 도와주는 장치

데이터를 사용자로부터 받고, 출력 장치에 결과 전달, 사용자 인터페이스 제공, 외부 장치와 데이터 교환 등의 역할을 함

 

 

7. 버스

컴퓨터 내부(CPU, 메모리, 입출력 장치 간 데이터, 주소, 제어 신호를 주고받을 수 있는 통로)

= 데이터를 전달하는 도로

 

역할

1. CPU와 다른 장치 간 데이터 전송

2. 명령어 및 주소 전송 : CPU가 어떤 데이터를 어디에서 가져와야 하는지 (주소) 전달

3. 제어 신호 전달

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데이터(data)

컴퓨터가 처리할 수 있는 모든 종류의 정보; 보통 이진수로 표현함

수치 데이터 / 비수치 데이터로 나뉨

 

데이터의 단위

가장 작은 단위 = 비트(bit) : binary digit → 0과 1

● 니블(nibble) = 2^4

● 바이트(byte) = 2^8

 

BCD코드 : Binary Coded Decimal

십진수 0에서 9까지의 숫자를 4비트 이진수로 매핑

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출처

https://www.yes24.com/product/goods/146051138

코딩 자율학습 컴퓨터 구조와 운영체제 - 예스24