Computer Organization

k_bell·2024년 9월 5일

컴퓨터구조

목록 보기

1/10

Classes of Computers

Personal Computers (PCs)
: 개인이 집에서 사용하기 위한 목적으로 개발되어 보급된 컴퓨터.
디스플레이, 키보드, 마우스 등의 I/O 디바이스들이 포함된다. 보급용이기 때문에 비용이 저렴하며 개인이 사용하기 때문에 써드 파티 소프트웨어를 지원한다.
Servers
: 여러 대의 컴퓨터가 네트워크를 통해 묶여 서비스를 제공하는 것이 서버이다. 따라서 서버는 CPU, 스토리지, 네트워크 장비들이 네트워크의 논리적인 줄로 연결되어 작동하는 하나의 큰 컴퓨터라고 볼 수 있다.
Supercomputers
: 구동 시기를 기준으로 일반 컴퓨터보다 월등한 연산 능력을 보여주는 것이 슈퍼컴퓨터이다. 구동 시기가 중요한 이유는 시대에 따라서 컴퓨터의 연산능력이 천차만별이기 때문이다. 따라서 과거의 슈퍼컴퓨터가 현대의 가정용 컴퓨터뿐만 아니라 스마트폰보다 연산 능력이 떨어지기 때문에 슈퍼컴퓨터의 성능은 구동 시기를 두고 평가해야 한다.
Embedded Computers
: 임베디드의 단어 뜻 그 자체로 다른 시스템에 내장되어 있는 컴퓨터를 의미한다. 최근에는 IoT 디바이스들에 많이 탑재되며, 대표적으로는 드론 등이 있다. 내장용 CPU 이기 때문에 비용이 저렴해야 하며, 어떠한 실패에 대한 관용이 낮다고 할 수 있다. 예를 들어 드론에 탑재된 CPU에서 에러가 발생한다면 드론이 추락해 인명 피해 등을 낳을 수도 있기 때문이다.
Personal Mobile Devices
: 휴대가 가능한 무선 디바이스들을 의미한다. 대부분이 사용하는 스마트폰을 비롯해 태블릿, 스마트 워치 등이 포함된다.
Cloude Computing
: 매우 많은 수의 컴퓨터 자원이 모여 사용자는 컴퓨터 통신망의 복잡한 구조를 알 필요 없이 구름 내부의 컴퓨터 자원을 이용한다는 개념이다. 하드웨어 장비의 여유가 있던 IT 기업들에 의해 탄생한 서비스이며, 기업 입장에서 남아도는 컴퓨터를 통해 새로운 부가가치를 탄생시킬 수 있는 사업을 모색하던 중 나온 아이디어이다. 종류에 따라 SaaS, IaaS, PaaS가 있는데 이는 나중에 따로 포스팅할 예정이다.

Range of Decimal and Binary Values

RB와 QB는 2019년에 세계의 메모리 저장공간이 늘어나자 새롭게 만든 단위이다.

Five Components (feat. Computer)

컴퓨터의 다섯 가지 구성요소로는 Input, Output, Memory, Processor (Control, Datapath) 가 있다. 즉, I/O 디바이스, 메모리, CPU 가 컴퓨터의 핵심 구성요소인 것이다.

Control Unit
: 전달받은 명령어를 해석하고 그에 따라 데이터 경로 및 기타 하드웨어 장치들이 어떤 동작을 수행해야 하는지 제어한다.
Datapath
: 명령어 실행에 필요한 데이터 이동 및 연산 과정을 수행한다. 따라서 실제 연산을 담당하는 ALU가 datapth에 속한다.

Memory (A Safe Place for Data)

Volatile (Primary or Main) Memory
: 휘발성 메모리는 우리가 흔히 아는 메인 메모리를 말한다. 실행 중인 프로그램이 메인 메모리에 올라오게 되며 이 과정에 대해서는 운영체제의 메모리 포스트에 자세히 설명되어 있다. 휘발성이기 때문에 전원이 꺼지면 메인 메모리의 데이터는 모두 날라가게 된다. 대표적으로는 DRAM이 있는데, DRAM은 Dynamic Random Access Memory의 약자이다. Dynamic은 데이터를 홀드하기 위해 주기적으로 리프레쉬한다는 의미이며, random access는 어느 위치에나 접근할 수 있다는 뜻이다.
Non-Volatile (Secondoary) Memory
: 대표적으로 HDD, SDD가 있는 비휘발성 메모리는 메인 메모리에 비해 싸고 저장공간이 크지만, 데이터 로드 속도가 느리다는 단점이 있다. 전원이 꺼져도 데이터가 날아가지 않기 때문에 프로그램의 저장을 비휘발성 메모리에 하게 된다.

Levels Of Program Code

high level language로 작성된 응용 프로그램이 실행되는 과정에는 컴파일러와 어셈블러가 필요하다. 컴파일러가 어셈블리어로, 어셈블러가 다시 기계어로 번역하면 hogh level language가 컴퓨터가 이해할 수 있는 binary code로 변환되는 것이다.

퍼포먼스 (feat. 트랜지스터)

트랜지스터란 전기 신호에 의해 제어되는 on/off 스위치라고 할 수 있다. 좀 더 자세히 설명하자면 전류의 흐름을 제어하여 전기 회로에서 스위치처럼 작동하는 것이다. 입력되는 전압에 따라 전류가 흐르거나 멈출 수 있어, 디지털 회로에서 0과 1을 표현하는데 사용된다. 우리가 흔히 말하는 반도체에서 이 트랜지스터의 집적도가 성능을 결정한다고 볼 수 있다.

Trangister manufacturing process

위의 그림이 트랜지스터 칩을 생산하는 과정이다. ingot이란 주괴라는 의미인데, 어떠한 것을 만들 때 사용하는 큰 틀을 의미한다.

따라서 실리콘 잉곳에 고온으로 실리콘을 녹여 붓는다. 실리콘 잉곳은 소세지처럼 생겼는데 실리콘 잉곳에서 소세지 모양으로 굳은 실리콘을 잘라내면 동그란 웨이퍼 형태가 된다. 잉곳이 소세지 모양으로 생긴 이유는 실리콘이 순도 100%가 아니기 때문에 불순물이 섞여있다. 이 불순물은 실리콘보다 조금 더 무거운데, 실리콘을 굳히는 과정에서 잉곳이 계속해서 돌아가면서 최종적으로는 불순물이 아래에 깔리게 된다. 따라서 아랫부분을 잘라내면 순도 100%의 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있게 댄다. 이후에는 웨이퍼에 패턴을 생기고 테스트를 하여 불량 트렌지스터를 걸러낸다. 정상 트랜지스터들은 패키징되고 다시 한번 테스트를 거쳐 최종적으로 생산이 완료된다.