컴퓨터 구조

컴퓨터가 어떻게 구성되어있고, 어떤 메커니즘으로 작동하는지 이해한다.

1. 컴퓨터가 이해하는 정보

1-1. 데이터

• 데이터(data): 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상 등의 정적인 정보

1-2. 명령어

• 명령어(instruction): 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보.
• 데이터는 명령어 없이 혼자 움직일 수 없다.

2. 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품

2-1. CPU(Central Processing Unit): 중앙처리장치

• 메모리에 저장된 명령어를 읽고, 그 명령어를 해석하고, 실행하는 부품.
• CPU는 (1)산술연산논리장치, (2)레지스터, (3)제어장치 로 구성된다.
  1. 산술연산논리장치(Arithmetic Logic Unit): 컴퓨터 내부에서 수행되는 계산을 수행.
  2. 레지스터(Register): CPU 내부의 임시저장소. 프로그램 실행에 필요한 값들을 임시로 저장함. 각 레지스터는 각각 다른 이름, 역할을 갖는다.
  3. 제어장치(Control Unit): 제어 신호(control signal)라는 전기 신호를 내보내고, 명령어를 해석하는 장치.

2-2. Main memory: 주기억장치(=메모리)

• 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품. 프로그램이 실행되려면 반드시 메모리에 저장되어있어야 함.

• 메모리에 저장된 값(명령어, 데이터)에 빠르게 접근하기 위해, 주소(address) 를 이용해 값의 위치를 확인함.

  	메모리의 종류는 다음과 같이 두 가지로 나뉜다.
  	- RAM(Random Access Memory): 
  		- 임의 접근 기억 장치. 주기억장치로서 임의의 영역에 접근하여 읽고 쓰기가 가능한 장치.
  		- 휘발성 메모리.
  		- 어느 위치에 저장된 데이터든지 접근하는데 동일한 시간이 걸린다는 의미에서 'Random'하다.
  	- ROM(Read Only Memory)
  		- 고정기억장치. 컴퓨터를 구동하기 위한 기본적인 정보가 담겨있다.
  		- 이 정보들을 기억하기 위해 다른 정보들은 기억하지 않는다. 전원을 꺼도 데이터가 지워지지 않는다.
  
  	* 출처: 위키백과(https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B3%A0%EC%A0%95_%EA%B8%B0%EC%96%B5_%EC%9E%A5%EC%B9%98)

2-3. Secondary Storage: 보조기억장치

• 주기억장치를 보완하기 위해 만들어진 장치이다.
  - 주기억장치는 가격이 비싸 저장 용량이 적다. ➡️ 메모리보다 크기가 크다.
  • 주기억장치는 전원이 꺼지면 저장된 내용이 소실된다. ➡️ 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는다.
• 메모리가 '실행되는' 프로그램을 저장하는 장치라면, 보조기억장치는 '보관'으로서의 저장을 위한 장치이다.
• 하드 디스크, SSD, USB 메모리, DVD, CD-ROM 등의 저장 장치

2-4. I/O(Input/Output) device: 입출력장치

• 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치.
• 키보드, 마우스, 프린터, 스피커, 마이크 등.
• 보조기억장치도 컴퓨터 외부에 연결되어있다는 점에서 입출력장치와 유사하지만, 메모리를 보조하는 기능의 유무로 서로 구분된다.

3. 메인보드와 시스템 버스

• 메인보드(main board, mother board): CPU, 메모리, 보조기억장치, 입출력장치 등의 핵심 부품이 연결된 판.

• 시스템 버스(system bus): 메인보드에 연결된 부품들은 버스(bus) 라는 통로를 통해 정보를 주고받는다. 그 중 위에서 설명한 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품을 연결하는 것이 시스템 버스이다.
  - 주소 버스(Address bus): 주소를 주고받는 통로.
  - 데이터 버스(Data bus): 명령어, 데이터를 주고받는 통로.
  - 제어 버스(Control bus): 제어 신호를 주고받는 통로. CPU의 제어장치는 이 버스를 통해 제어 신호를 내보낸다.

  	- (ex) 만약 CPU가 메모리에 '주소 A의 내용을 읽는다' 라는 신호를 보낸다면, 실제로는 다음과 같이 시스템 버스를 이용한다.
  	(1) 제어 버스로 '메모리 읽기' 신호를 내보낸다.
  	(2) 주소 버스로 '읽고자 하는 주소'를 내보낸다.
  	(3) 메모리는 데이터 버스로 CPU가 요청한 주소에 있는 데이터 또는 명령어를 신호를 내보낸다.    

*이 글은 '혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제(한빛미디어, 2022)'를 개인적인 학습을 목적으로 요약한 게시글입니다. 문제가 있는 경우, 지적해 주시면 감사하겠습니다.