컴퓨터 구조 | 컴퓨터 3대 구성요소

컴퓨터 구조 (Computer Architecture)

컴퓨터 구조는 컴퓨터 시스템의 구성 원리와 설계 방식을 다루는 분야이다. 하드웨어와 소프트웨어가 어떻게 상호작용하며 작업을 수행하는지 설명한다.

• 주요 요소:
  • 프로세서(CPU)
  • 메모리 구조
  • 입출력 장치(IO Devices)
  • 데이터와 명령어 전달을 위한 버스(Bus)
• 목표:
  • 효율적인 성능
  • 비용 절감
  • 전력 소비 최적화

컴퓨터 구조는 명령어 집합 구조(Instruction Set Architectrue, ISA)와 미세 구조(Microarchitecture)를 포함한다. ISA는 프로그래머가 볼 수 있는 하드웨어 인터페이스이고, 미세 구조는 ISA를 구현하는 실제 설계이다.

컴퓨터 시스템 (Computer System)

컴퓨터 시스템은 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어가 상호작용하여 작업을 처리하는 전체적인 환경을 의미한다.

• 주요 구성:
  • 하드웨어 (CPU, 메모리, 저장 장치, 입출력 장치 등)
  • 소프트웨어 (운영체제, 응용 프로그램 등)
• 역할:
  • 하드웨어를 관리하고 프로그램 실행을 지원
  • 사용자와 하드웨어 간의 인터페이스를 제공
• 주요 목표:
  • 데이터 처리와 저장
  • 사용자 작업의 효율적인 수행

폰 노이만 구조 (Von Neumann Architectrue)

폰 노이만 구조는 1945년 존 폰 노이만(John von Neumann)이 제안한 컴퓨터 설계 방식으로, 현대 컴퓨터의 기초를 이룬다.

• 핵심 개념:
  1. 프로그램과 데이터를 동일한 메모리 공간에 저장
  2. 명령어와 데이터를 동일한 방식으로 처리
  3. CPU가 명령어를 메모리에서 가져와 순차적으로 실행
• 구성 요소:
  • 메모리: 프로그램과 데이터를 저장
  • CPU: 명령어를 처리하는 장치
    - 프로그램: CPU가 실행할 작업의 명령어 집합
• 장점:
  • 구조가 단순하고 이해하기 쉬움
• 단점:
  • 메모리 병목 현상 (CPU가 데이터를 처리하기 위해 메모리에서 정보를 읽는 속도가 제한됨)

컴퓨터의 주요 구성 요소

CPU (Central Processing Unit, 중앙 처리 장치)

• 컴퓨터의 뇌 역할을 하며, 명령어를 실행하고 데이터를 처리한다.
• 구성:
  • 제어 장치(Control Unit): 프로그램 명령어를 해석하고 실행 흐름을 제어.
  • 산술 논리 장치(ALU): 산술 연산과 논리 연산 수행.
  • 레지스터(Register): CPU 내부의 초고속 메모리로, 임시 데이터를 저장.
• 주요 역할:
  • 명령어 인출(Fetch)
  • 명령어 해석(Decode)
  • 명령어 실행(Execute)

메모리 (Memory)

• 데이터를 저장하는 장치로, 휘발성 메모리(RAM)와 비휘발성 메모리(ROM)로 나뉜다.
• 역할:
  • 실행 중인 프로그램과 데이터를 저장.
  • CPU가 빠르게 접근할 수 있도록 지원.
• 계층 구조:
  • 레지스터 → 캐시 메모리 → 주기억장치(RAM) → 보조기억장치(SSD/HDD)

I/O 장치 (Input/Output Devices)

• 사용자와 컴퓨터 간 상호작용을 위한 장치.
• 입력 장치:
  • 키보드, 마우스, 스캐너 등.
• 출력 장치:
  • 모니터, 프린터, 스피커 등.

버스 (Bus)

• 컴퓨터 구성 요소 간 데이터가 전달되는 통로.
• 종류:
  • 데이터 버스(Data Bus): 데이터 전송.
  • 주소 버스(Address Bus): 데이터가 저장될 메모리 주소 전송.
  • 제어 버스(Control Bus): 제어 신호 전송.
• 역할:
  • CPU, 메모리, I/O 장치 간의 효율적인 데이터 교환.