컴퓨터과학 개론 01 - 컴퓨터 시스템

해당 포스트는 강의를 수강 후 개인적으로 이해한 부분을 글로 기록하고 해석하기 위한 목적으로 이해한 부분이 틀릴수도 있습니다. 틀린 부분에 대해서는 편하게 지적해 주시면 수정하겠습니다.

1. 컴퓨터 시스템?

1. 시스템이란?

• 특정 목적을 달성하기 위해 상호작용하고 유기적으로 관련된 구성요소의 모임

2. 컴퓨터 시스템의 구성요소

1. 하드웨어, Hardware
2. 소프트웨어, Software
3. 데이터, Data
4. 사용자, User
   

3. 하드웨어

1. 하드웨어란?

   • 눈으로 볼 수 있고 손으로 만질 수 있는 컴퓨터라는 기계를 구성하고 있는 모든 물리적인 기계장치

2. 하드웨어의 기능

   • 데이터 처리를 위한 기능 수행
   • 폰 노이만(John Von Neumann) 모델에서 제시한 4개의 서브시스템이 하드웨어의 일반적인 핵심 장치에 해당

3. 폰 노이만 (John Von Neumann) 모델

   • 컴퓨터의 내부 구조와 처리 과정을 정의한 모델
   • 현대의 모든 컴퓨터는 폰 노이만 모델에 기반

   • 주요 개념

   1. 내장 프로그램 (Stored Program)
      • 실행될 프로그램은 메모리에 저장
      • 프로그램과 데이터가 모두 동일한 비트 패턴 형식으로 메모리에 표현 또는 저장
   2. 프로그램은 유한 개의 명령어의 나열
      • 미리 정의된 기본 명령어의 유한개의 조합으로 구성
      • 제어장치가 메모리에서 한번에 하나씩 명령어를 가져와(fetch) 해석하고(decode) 해석 결과에 따라 산술논리연산장치가 명령어를 실행(execute)
      • 명령어의 재사용으로 인해 프로그래밍 작업이 간단해짐

   • 폰 노이만 모델의 구성요소
     1. 기억장치 (Memory)
     2. 산술논리연산장치 (ALU, Arithmetic and Logic Unit)
     3. 제어장치 (CU, Control Unit)
     4. 입출력장치 (Input-output unit)

   • 중앙처리장치 (CPU, Central Processing Unit)
     제어 장치와 산술논리연산장치의 기능을 가지고 있는 장치

4. 기억장치, Memory

   • 처리할 데이터와 처리를 담당하는 프로그램이 저장되는 장소
   • 주 기억장치(Main memory)와 보조 기억 장치(Secondary memory)로 구분

     1. 주 기억장치, Main memory
        용량에 제한을 받기 때문에 현재 처리되는 데이터와 프로그램만을 기억

     2. 보조기억장치, Secondary memory
        • 주 기억장치에 저장하는 데이터 외의 데이터를 저장
        • 저장 데이터는 필요에 의해 주기억장치에서 사용

5. 산술논리연산장치, ALU: Arithmetic and Logic Unit

   • 데이터에 대한 산술연산 및 논리연산의 수행을 통해 직접적인 데이터 처리가 이루어지는 장치

6. 제어장치, CU: Control Unit

   • 기억장치, 산술논리연산장치, 입출력장치의 동작을 제어하는 장치

7. 입력장치, Input unit

   • 컴퓨터의 외부로부터 프로그램과 데이터를 받아들이기 위한 장치
   • 대표적인 예로 키보드, 마우스 마이크가 있다.

8. 출력장치, Output unit

   • 컴퓨터 내부에서 처리된 결과를 외부로 내보내기 위해 사용되는 장치
   • 대표적인 예로 모니터, 프린터, 스피커가 있다.

   • 디스크
     디스크는 처리 결과를 저장하는 경우 출력장치가 되고, 필요한 데이터를 읽어 올 때는 입 력장치가 된다.

9. 하드웨어 요소 간의 통신
   
   입력 장치를 통해 데이터와 프로그램이 입력되면 입력된 데이터를 주기억장치로 저장하고 산술논리연산장치에서 프로그램에 나열된 명령어에 따라 데이터를 처리하고 출력 장치를 통해 데이터를 출력한다. 이 과정은 모두 제어장치에 의해 동작한다.
   또한, 필요에 따라 보조기억장치에 데이터를 저장하고 주기억장치에서 저장된 데이터를 불러와 다시 데이터 처리 출력 과정을 반복한다.

4. 소프트웨어

1. 소프트웨어란?
   • 모든 종류의 프로그램을 총체적으로 표현하는 용어
   • 컴퓨터에 데이터를 처리하는 방법에 대해 규정하는 명령어들의 나열
   • 컴퓨터가 이해할 수 있도록 표현한 알고리즘
2. 분류
   1. 시스템 소프트웨어
      • 컴퓨터 자체의 작업 관리와 특정 기능의 수행을 통해 컴퓨터의 전체적인 운영을 담당하는 프로그램
      • 운영체제, 컴파일러 등
   2. 응용 소프트웨어
      • 사용자가 요구하는 작업을 직접적으로 수행하는 프로그램
      • 워드프로세서, 그래픽 프로그램, 웹 브라우저 등

5. 데이터

• 컴퓨터에서 모든 데이터는 유형에 관계 없이 비트 패턴 형태 표현

• 비트 패턴
  이진 상태를 나타내는 비트 (Binary digit)인 0과 1이 나열된 형태

폰 노이만 모델에서는 데이터의 표현과 저장 형태에 대해 정의하지 않는다.

• 데이터의 입출력을 위해서는 적절한 형태로의 변환이 필요
  

6. 사용자

• 컴퓨터의 설계부터 효율적인 이용까지 컴퓨터를 이용해서 데이터를 처리하는 전반적인 과정에 사용자 또는 오퍼레이터(Operator)의 적극적인 개입이 필요하다.