저자 github

1주차

• Chapter 01 ~ 03
• 기본숙제: p. 51의 확인 문제 3번, p. 65의 확인 문제 3번 풀고 인증하기
• 추가숙제: p. 100의 스택과 큐의 개념을 정리하기

01 컴퓨터 구조 시작하기

1-2 컴퓨터 구조의 큰 그림

1. 메모리: 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품

2. CPU: 컴퓨터의 두뇌. 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 읽어 드린 명령어를 해석하고, 실행함.

• 내부 구성 요소

  • 산술논리연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit): 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산 수행. 위키(ko) 위키(en)
  • 레지스터(register): 임시 저장 장치.
  • 제어장치(CU, Control Unit): 제어 신호, control signal이라는 전기 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 장치.
    예컨대, CPU가 메모리에 저장된 값을 읽고 싶을 땐 메모리를 향해 메모리 읽기라는 제어 신호를 보낸다.

3. 보조기억장치

• 하드디스크, SSD, USB 메모리, CD-ROM
• 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않음

4. 입출력장치

• 마이크, 스피커, 프린터, 마우스, 키보드 등
• 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치

  💡 보조기억장치는 관점에 따라 입출력장치의 일종으로 볼 수 있다.

5. 메인 보드와 시스템 버스

• 여러 컴퓨터 부품을 부착할 수 있는 슬롯과 연결 단자 있음
• 버스: 메인보드 내부 버스를 통해 메인보드에 연결된 부품들은 서로 정보를 주고받을 수 있음.
• 시스템버스: CPU, 메모리, 보조기억장치, 입출력 장치를 연결하는 가장 중요한 버스
  • 주소 버스
  • 데이터 버스: 명령어와 데이터
  • 제어 버스

02 데이터

2-1 0과 1로 숫자를 표현하는 방법

✔️ [참고] Word란?

→ 64비트 워드 CPU

• CPU가 한 번에 처리할 수 있는 데이터 크기
• WORD에 대해 (CPU가 한번에 다루는 데이터의 단위란?)
• 비트의 묶음을 부르는 이름

2의 보수(two's complement)

• 사전적인 의미: 어떤 수를 그보다 큰 $2^n$에서 뺀 값
• 모든 이진수의 0과 1을 뒤집는다 → 거기에 1을 더한다.
• flag: 이진수만 봐서는 이게 음수인지 양수인지 구분하기가 어렵다. 그걸 컴퓨터가 이해하기 위한 부가 정보

16진수

모두를 위한 컴퓨터 과학(CS50 2019) [5.메모리] 참고

2-2 0과 1로 숫자를 표현하는 방법

🤔 pandas로 데이터 프레임을 읽거나 저장할 때, 가끔 만나는 인코딩 에러를 이해할 수 있어서 좋았다.

1. 아스키 코드

• ASCII(American Standard Code for Information Interchange)
• 초창기 문자 집합, 영어알파벳/아라비아 숫자/일부 특수 문자
• 7bit → $2^7$, 128개의 문자
• 하나의 아스키 문자를 나타내기 위해 8비트를 사용합니다. 여기서 1비트는 party bit. 오류 검출을 위해 상ㅇ되는 비트(실제 문자 표현에는 사용되지 않음)

2. EUC-KR(한글 인코딩)

• 완성형 인코딩: 초성, 중성, 종성의 조합으로 이루어진 완성된 하나의 글자에 고유한 코드를 부여하는 방식
• 한글 한 글자를 표현하려면 16bit가 필요
• 네 자리 십육진수로 나타낼 수 있다.
• 쀍, 쀓, 믜는 표현할 수 없다. → 모든 한글을 표현할 수 없다는 것 때문에 문제가 발생함. → 이 문제를 해결하려고 CP949(Code Page 949). 하지만, 한글을 모두 표현하지 못함.

3. 유니코드와 UTF-8

• 모든 언어를 아우르는 문자 집합과 통일된 표준 인코딩 방식
• 현재 제일 많이 사용함
• UTF = Unicode Trasformation Format
• UTF-8: 통상 1바이트부터 4바이트까지의 인코딩 결과
  
  

03 명령어

3-1 소스 코드와 명령어

• 참고: 모두를 위한 컴퓨터 과학(CS50 2019) [3.배열]
  
  

  💡 저급 언어로 개발할 일이 없지 않나요?
  하드웨어와 밀접하게 맞닿아 있는 프로그램을 개발하는 임베디드 개발자, 게임 개발자, 정보보안 분야는 어셈블리어를 많이 이용한다.

3-2 명령어의 구조

• 이 부분은 이해가 잘 되지 않아서 지금은 보류!

연산 코드와 오퍼랜드

• 명령어: 연산코드와 오퍼랜드로 구성
  

오퍼랜드(주소 필드)

• 연산에 사용할 데이터
• 연산에 사용할 데이터가 저장된 위치
• 숫자, 문자(연산에 사용할 데이터), 메모리, 레지스터 주소

연산코드

유형(CPU마다 종류와 생김새가 다름)

• 데이터 전송

  • MOVE
  • STORE
  • LOAD
  • PUSH
  • POP

• 산술/논리 연산

  • ADD/SUBTRACT/MULTIPLY/DIVIDE
  • INCREMENT/DECREMENT
  • AND/OR/NOT
  • COMPARE

• 제어 흐름 변경

  • JUMP
  • CONDITIONAL JUMP
  • CALL
  • RETURN

• 입출력 제어

  • READ(INPUT)
  • WRITE(OUTPUT)
  • START IO
  • TEST IO

주소 지정 방식

🤔 텍스트로 정리했지만, 그림으로 이해하기. 이름 자체로 이해해도 좋을 듯하다.
이 외의 주소 지정 방식은 4장에서 학습!

• 유효주소: 연산의 대상이 되는 데이터가 저장된 위치

1. 즉시 주소 지정 방식(immadiate addressing mode): 연산에 사용할 데이터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시하는 방식. 표현할 수 있는 데이터의 크기가 작아지지만 이하 주소 지정 방식들보다 빠르다.
2. 직접 주소 지정 방식(direct addressing mode): 오퍼랜드 필드에 유효 주소를 직접적으로 명시하는 방식
3. 간접 주소 지정 방식(indirect addressing mode): 유효 주소의 주소를 오퍼랜드 필드에 명시하는 방식. 두 번의 메모리 접근이 필요하므로 일반적으로 느림.
4. 레지스터 주소 지정 방식(register addressing mode): 연산에 사용할 데이터를 저장한 레지스터를 오퍼랜드 필드에 직접 명시하는 방식. CPU 외부에 있는 메모리보다 내부에 있는 레지스터에 접근하는 게 더 빠르다. 다만, 직접 주소 지정방식처럼 표현할 수 있는 크기의 제한이 생긴다.
5. 레지스터 간접 주소 지정 방식(register indirect addressing mode): 연산에 사용할 데이터를 메모리에 저장하고 그 유효 주소를 저장한 레지스터를 오퍼랜드에 명시하는 방식. 간접 주소 지정 방식보다 빠르다.

숙제

1. 기본 숙제

확인문제 (p51)

3. 프로그램이 실행되려면 반드시 (메모리)에 저장되어 있어야 합니다.

확인문제 (p65)

3. 1101(2) 의 음수를 2의 보수로 표현하면, 0011(2)

2. 추가 숙제

p. 100의 스택과 큐의 개념을 정리하기

[미리보기]운영체제의 메모리 관리

물리적인 메모리 크기보다 큰 프로그램을 어떻게 실행할 수 있을까?

• 후에 운영체제에서 만나게 될 내용들이다. 지금은 느낌만.
• 페이징 기법: 컴퓨터가 메인 메모리에서 사용하기 위해 2차 기억 장치로부터 데이터를 저장하고 검색하는 메모리 관리 기법
• 스와핑(swapping)

🦖 게임을 좋아했고, 제대로 실행되지 않는 컴퓨터를 낑낑대면서 본체를 열어대던 어린 시절(?)이 떠올랐다. 그때, 참 많이 뜯고 망가뜨렸었는데 ㅋㅋㅋ 그때의 결핍 덕분에 이렇게 공부하고 있나? 🤔