[CS:하드웨어]하드웨어(Hardware) part1

항해99로 인해 시작 된 CS스터디

월~토 매일 오전 11시 30분 30분간 진행 되는 항해99 CS스터디에서 다룬 내용들로 CS블로그를 작성 해보기로 계획했다. 하루 한 챕터씩 스터디 하기에 내용이 너무 짧아 5챕터정도를 기준으로 포스팅하려고 한다.

스터디 시, 참고하는 도서는 "1일 1로그 100일 완성 IT지식 - 브라이언 W. 커니핸(Brian Wilson Kernighan)".

오늘은 기본적으로 하드웨어(Hardware)의 정의와 구조 큼지막하게 다뤄보겠다.

오늘날 우리의 PC

우리가 사용하는 PC의 종류는 데스크탑, 노트북, 태블릿 PC, 스마트폰 등이 있다. 태블릿 PC나 스마트폰도 일종의 고성능 컴퓨터라고 정의할 수 있다. 오늘날 사용하는 이러한 PC들은 IBM(International Business Machines)이 1981년 처음 판매한 "IBM PC"에서 부터 시작 되었다. 마이크로소프트가 만든 Windows 운영체제를 사용하며 Mac OS를 사용하는 애플 매킨도시(Apple Macintosh, Mac), Chrome OS를 사용하는 크롬북(Chrome Book)도 있다.

컴퓨터의 논리적 구조와 물리적 구조

오늘날의 컴퓨터는 물리적인 구조 면에서는 기본적으로 크기 부터 속도, 외형적인 면에서도 큰 차이가 있다. 그러나 논리적 구성 면에서는 오늘날의 컴퓨터와 60~70년 전 컴퓨터와 거의 유사하다. 컴퓨터의 크기는 시간이 흐를수록 더 작아졌지만 가격은 훨씬 더 저렴해졌다.

하드웨어 구조

- 프로세서(processor)

컴퓨터의 두뇌에 해당한다. 산술 연산을 하고, 데이터를 여기저기로 옮기며, 다른 구성 요소의 작업을 제어한다. 빠른 속도(초당 수십억 회) 연산을 수행하며 기존 연산 결과를 바탕으로 다음에 수행할 연산을 결정할 수도 있다. 사용자가 일일이 개입할 필요 없이 독립적으로 작동한다. 프로세서는 아래 그림처럼 논리회로(논리식으로 구성한 회로)로 만들어져 있다.

• 주 기억 장치(primary memory)

  컴퓨터 내부에서 CPU가 현재 처리하고 있는 내용을 저장하는 장치이다. 용량이 적지만 처리 속도가 굉장히 빠르다. 저장 된 정보의 내용은 프로세서에 의해 변경될 수 있다.

주 기억 장치는 크게 2가지로 분류된다.

1. RAM(Random Access Memory)

   • 자유롭게 읽고 쓸 수 있는 기억장치이다.
   • 현재 사용중인 프로그램이나 데이터가 저장되어 있다.
   • 전원이 꺼지면 기억된 내용이 모두 사라지는 휘발성 메모리이다.
   • 일반적으로 주기억장치 또는 메모리 하면 RAM을 의미한다.
   • 정보가 저장된 위치는 주소로 구분한다.

2. ROM(Read Only Memory)

   • 기억된 내용을 읽을 수만 있는 기억장치이다.
   • 일반적으로 쓰기는 불가능하다.
   • RAM과는 다르게 전원이 꺼져도 기억된 내용이 지워지지 않는 비휘발성 메모리이다.
   • 주로 기본 입출력 시스템(BIOS), 자가 진단 프로그램(POST)같은 변경 가능성이 희박한 소프트웨어를 기억시키는데 이용한다.

• 보조 기억 장치(secondary storage)

  보통 보조 기억 장치라고 하면 HDD(Hard Drive Disk)와 SSD(Solid State Drive)를 떠올린다. 그런데 보조기억 장치의 종류는 생각보다 다양하다. 보조 기억 장치는 주 기억 장치의 단점을 보완하기 위한 기억 장치이며 주 기억 장치에 비해 속도는 느리지만, 전원이 꺼지거나 전력 공급이 없어도 내용이 유지되고(비휘발성) 저장용량이 크다는 점이 있다.

• 보조 기억 장치의 특징

1. 중앙 처리 장치(CPU, 프로세서의 한 종류)와 직접 자료 교환이 불가능하다.
2. 접근시간이 오래 걸린다.
3. 일반적으로 주 기억 장치에 데이터를 저장할 때는 직접 메모리 접근(Direct Memory Access, DMA) 방식을 사용한다.

• 보조 기억 장치의 종류

1. HDD(Hard Disk Drive, 하드 디스크 드라이브)
   가장 대표적인 보조 기억 장치, 자기 디스크의 한 종류이며 금속 원판을 여러 장 겹쳐 만들었다. 회전하는 금속 표면에 있는 자성 물질의 미세한 영역이 자성을 띠는 방향을 설정하여 정보를 저장한다. 하드 디스크는 RAM보다 바이트당 100배 정도 저렴하지만, 정보에 접근하는 속도는 더 느리다. 본체 내부에 고정이 되어 있어 크게 노출될 일은 없지만 충격에 약하므로 주의해야 한다.

2. SSD(Solid State Drive)
   HDD와 동작면에서는 비슷하나 기계적 장치가 아닌 플래시 메모리(flash memory)를 사용한다. 플래시 메모리는 비휘발성을 띤다. 즉, 전원이 꺼져도 유지가 된다. 기존의 저장 장치보다 더 빠르고 가볍고 안정적이며, 금속 원판 재질의 회전하는 방식과는 HDD와는 달리 충격에도 강해 오늘날의 노트북에는 자기 디스크 형태의 HDD에서 SSD로 많이 대체되었다.

• 기타 장치들

1. 입력 장치
   대표적으로 마우스, 키보드, 터치패드, 마이크, 카메라, 스캐너 등이 있으며 사용자가 컴퓨터에 입력을 할 수 있게 해주는 장치이다.

2. 출력 장치
   디스플레이, 프린터, 스피커 등이 있으며 사용자에게 출력을 제공한다.

3. 네트워킹 장치
   와이파이(Wi-Fi)나 블루투스(Bluetooth) 같은 구성 요소는 다른 컴퓨터와 통신하는 용도로 사용된다.

시청각 또는 다른 면에서 접근성에 어려움을 겪는 사용자를 위한 다양한 보조장치도 존재한다.

• 버스(Bus)

  전기 공학에서 빌려온 용어로 CPU와 메모리를 연결하는 시스템 버스(System Bus), 입출력 장치와 메모리를 연결하는 입출력 버스(I/O Bus)가 있다. 시스템 버스(System Bus)는 짧고 빠르지만 비싼 반면, 입출력 버스(I/O Bus)는 길고 느리지만 저렴하다. 일부 버스는 외부에 드러나 있기도 한데, 그 예로는 컴퓨터에 장치를 연결하기 위해 어디서나 사용되는 USB(Universal Serial Bus, 범용 직렬 버스)가 있다.

• 집적회로(Integrated Circuit, IC)

  집적회로(IC)는 칩(chip) 또는 마이크로 칩(micro chip)이라고도 불린다.
  수 많은 전자 회로 소자들이 하나의 기판 위에 촘촘한 상태로 집적되어 있는 구조의 복합 회로이다. 우리가 소위 말하는 반도체이다.

1958년 미국의 기술자 잭 킬비(Jack St. Clair Kilby, 1923.11.8 ~ 2005.6.20)에 의해 발명된 것으로 기술의 발전에 따라 반도체에 들어가는 회로의 집적도(SSI, MSI, LSI, VLSI, ULSI)로 발전하여 오늘날의 초소형 반도체가 탄생했다.

• 무어의 법칙(Moore’s Law)

  "반도체에 집적할 수 있는 트랜지스터의 수가 18개월마다 두 배씩 증가한다."

인텔의 창업자인 고든 무어(Gordon Moore)가 정의한 법칙이다. 초창기 반도체가 상용화된 지 4년 후인 1965년에 반도체의 용량이 매년 두 배가 될 것이라고 예고를 했으나, 변화의 속도가 수 년간 점차 줄어들어 고든 무어의 승인 하에 매 18개월로 정정 되었다.

1997년 9월, 인텔사가 발표한 2비트 플래시메모리, 기존의 알루미늄을 구리로 대체한 새로운 회로칩에 관한 IBM의 발표 등은 "무어의 법칙"이 본래의 의미로 회귀하고 있음을 발표했다.