컴퓨터 구조의 큰 그림
컴퓨터 구조의 지식은 크게 두 가지 하나는 컴퓨터가 이해하는 정보이고 또 하나는 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품이다
컴퓨터가 이해하는 정보
- 컴퓨터는 0과 1로 표현된 정보만을 이해한다. 0과 1로 표현되는 정보에는 크게 두 종류가 있다.
데이터와명령어이다. 데이터: 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보 / 컴퓨터와 주고받는 정보나 컴퓨터에 저장된 정보를 가리킬 때 편하게 데이터라고도 한다.명령어: 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보
예를 들면 '1'과'2'는 데이터이고 '더하라, 1과2를'은 명령어이다. '안녕하세요'는 데이터이고, '화면에 출력하라, 안녕하세요를'은 명령어이다.컴퓨터의 4가지 핵심 부품
컴퓨터의 종류는 여러가지가 있지만 핵심 부품은 크게 다르지 않다. 이 네 가지 부품의 역할만 이해하고 있어도 컴퓨터의 작동 원리를 대부분 알 수 있다.
- 중앙처리장치
Central Processing Unit (CPU) - 주기억장치
Main Momory (메모리) - 보조기억장치
secondary storage - 입출력장치
input/output(I/O) device
🔎 주기억장치에는 크게 RAM(Random Acccess Memory)과 ROM(Read Only Memory) 두 가지가 있다. 메모리라는 용어는 보통 RAM을 지칭한다.
ㅁ 메모리 :
- 컴퓨터가 이해하는 정보는 명령어와 데이터이다.
- 메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품.
- 프로그램이 실행되려면 반드시 메모리에 저장되어 있어야 한다.
- 메모리에는 저장된 값에 빠르고 효율적으로 접근하기 위해 주소라는 개념이 사용된다. 컴퓨터에서 주소로 메모리 내 원하는 위치에 접근이 가능
ㅁ CPU
- 컴퓨터의 두뇌
- 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 읽어 들인 명령어를 해석하고, 실행하는 부품
- 내부 구성요소에는 그린것과 같이 산술논리연산장치(ALU), 레지스터, 제어장치가 있다
ㅁ ALU ( Arithmetic Logic Unit )
- 계산만을 위해 존재하는 부품 = 계산기
- 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산은 ALU가 수행
ㅁ 레지스터
- CPU 내부의 작은 임시 저장 장치.
- 프로그램을 실행하는 데 필요한 값들을 임시로 저장, CPU 안에는 여러 개의 레지스터가 존재하고 각기 다른 이름과 역할을 가지고 있다.
ㅁ 제어장치
- 제어 신호라는 전기 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 장치 ( 제어신호란 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기 신호 )
흐름 살펴보기
- CPU가 메모리에 저장된 값을 읽고 싶을 땐 메모리를 향해 메모리 읽기라는 제어 신호를 보낸다.
- CPU가 메모리에 어떤 값을 저장하고 싶을 땐 메모리를 향해 메모리 쓰기라는 제어 신호를 보낸다.
- 제어장치는 1번지라는 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이기 위해 메모리에 '메모리 읽기' 제어 신호를 보냄
- [1]메모리는 1번지에 저장된 명령어를 CPU에 건네주고, 이 명령어는 레지스터에 저장, [2]제어장치는 읽어 들인 명령어를 해석한 뒤 3번지와 4번지에 저장된 데이터가 필요하다고 판단. [3]제어장치는 3번지와 4번지에 저장된 데이터를 읽어 들이기 위해 메모리에 '메모리 읽기'제어 신호를 보냄
- [1]메모리는 3번지와 4번지에 저장된 데이터를 CPU에 건네주고, 이 데이터들은 서로 다른 레지스터에 저장. [2]ALU는 읽어 들인 데이터로 연산을 수행. [3]계산의 결괏값은 레지스터에 저장. 계산이 끝나면 첫 번째 명령어의 실행이 끝
- [1]제어장치는 2번지에 저장된 다음 명령어를 읽어 들이기 위해 메모리에 '메모리 읽기' 제어신호를 보냄. [2]메모리는 2번지에 저장된 명령어를 CPU에 건네주고, 이 명령어는 레지스터에 저장됨. [3]제어장치는 이 명령어를 해석한 뒤 메모리에 계산 결과를 저장해야한다고 판단
[4]제어장치는 계산 결과를 저장하기 위해 메모리에 '메모리 쓰기'제어 신호와 함께 계산 결과인 220을 보냄 메모리가 계산 결과를 저장하면 두 번째 명령어의 실행도 끝
- CPU는 메모리에 저장된 값을 읽어 들이고, 해석하고, 실행하는 장치
- CPU 내부에는 ALU, 레지스터, 제어장치가 있다
- ALU는 계산하는 장치, 레지스터는 임시 저장 장치, 제어장치는 제어 신호를 발생시키고 명령어를 해석하는 장치
메모리는 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장한다고 했지만, 이 메모리는 두 가지 치명적인 약점이 있다.
1. 가격이 비싸 저장 용량이 적다.`
2. 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃는다.보조기억장치
- 메모리보다 크기가 크고 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는 메모리를 보조하는 저장장치
입출력장치
- 마이크, 스피커, 프린터, 마우스, 키보드 처럼 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치
보조기억장치도 하드 디스크, USB 메모리, CO-ROM 처럼 '컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 교환할수 있는 장치'로 볼 수 있지 않을까?
보는 관점에따라 맞는말이다. 하지만 메모리를 보조한다는 특별한 기능이 있어 둘로 나뉘었다.메인보드와 시스템 버스
- 지금까지 네 가지 핵심 부품들은 모두 메인보드에 연결된다.
- 메인보드에 연결된 부품들은 서로 정보를 주고 받을 수 있다. 메인보드 내부에 버스(Bus)라는 통로가 있기 때문
- 여러 버스 가운데 핵심 부품을 연결하는 가장 중요한 버스를 시스템 버스 (System Bus) 라고 한다.
- 시스템 버스는
주소버스,데이터 버스,제어 버스로 구성되어 있다. - 주소버스 : 주소를 주고받는 통로
- 데이터버스 : 명령어와 데이터를 주고받는 통로
- 제어 버스 : 제어 신호를 주고받는 통로
시스템 버스를 자세히 이해하기 위한 작동 예시
CPU가 메모리 속 명령어를 읽어 들이기 위해 제어장치에서 '메모리 읽기'라는 신호를 내보낸다고 했다. 하지만 CPU가 메모리를 읽을 땐 제어 신호만 내보내지 않는다. 실제로 [1]제어버스로 '메모리 읽기'제어 신호를 내보내고 [2] 주소 버스로 읽고자 하는 주소를 내보낸다. [3]메모리는 데이터 버스로 CPU가 요청한 주소에 있는 내용을 보낸다.
그리고 메모리에 어떤 값을 저장할 때도 CPU는 [1]데이터 버스를 통해 메모리에 저장할 값을, [2]주소 버스를 통해 저장할 주소를, [3] 제어 버스를 통해 '메모리 쓰기' 제어 신호를 내보낸다.
출처 - 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제(저자 : 강민철)
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