1. 폰 노이만 구조
1_1 폰 노이만 구조란?
폰 노이만 구조는 중앙처리장치(CPU), 메모리, 프로그램 세 가지 요소로 구성되어 있다. 위의 그림처럼 CPU와 메모리는 서로 분리되어 있고 둘을 연결하는 버스를 통해 명령어 읽기, 데이터의 읽고 쓰기가 가능한 구조이다. 이때, 메모리 안에 프로그램과 데이터 영역은 물리적 구분이 없기 때문에 명령어와 데이터 같은 메모리,버스를 사용하게 된다. 즉, 외나무다리와 같은 버스를 통해 CPU가 명령어와 데이터에 동시 접근이 불가능 하다.
1_2 폰 노이만 구조의 장/단점
장점
- 컴퓨터에 다른 작업을 시키려고 할 때, 이전의 구조처럼 하드웨어를 재배치할 필요 없이 소프트 웨어만 교체하면 된다. => 범용성이 높아졌다.
단점
- 버스가 하나이기 때문에, CPU가 명령어와 데이터에 동시 접근이 허용되지 않는다.
- 메모리 값을 읽고 쓰는 구조이기 때문에 기억장치에 병목 현상이 일어난다.
2. 하버드 구조
2_1 하버드 구조란?
폰 노이만 구조의 큰 문제점인 병목 현상의 근본적인 원인은 프로그램 메모리와 데이터 메모리가 물리적 구분 없이 하나의 버스를 통해 CPU와 교류하기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위해 CPU가 명령어와 데이터를 동시에 사용할 수 있도록 명령용 버스와 데이터용 버스를 물리적으로 구분한 구조가 바로 하버드 구조 이다.
2_2 하버드 구조의 장/단점
장점
- 엑세스 속도가 빨리졌다.
단점
- 더 많은 전기 회로를 필요로 한다.
3. 컴퓨터 구조의 핵심
3_1 CPU
- 명령어를 해석하여 실행하는 장치로, 인간으로 치면 두뇌에 해당
- 구성 요소
- ALU (Arithmetic Logic Unit)
- Control Unit
- Register, Cache
3_2 Memory
- 작업에 필요한 프로그램과 데이터를 저장하는 장소
- 바이트 단위로 공간을 분할하고, 분할 공간마다 주소로 구분
- 사용 용도에 따라, 주기억장치(메인 메모리)와 보조기억장치로 나뉜다.
- 메모리라 하면 보통 메인 메모리를 의미한다.(RAM)
3_3 I/O(입/출력 장치)
- 입력장치 : 외부의 데이터를 컴퓨터에 입력하는 장치 (마우스, 키보드, 스캐너 등)
- 출력장치 : 컴퓨터 처리 결과를 출력하는 장치 (모니터, 스피커)
3_4 BUS
- 정보 교환을 위한 통로를 의미.
- 종류
- 제어버스 : 제어 장치와 연결된 버스로, CPU가 메모리와 주변 장치에 제어 신호를 보내며, 메모리와 주변 장치에서도 작업이 완료되거나 오류가 발생하면 제어 신호를 보내야 하기 때문에 양방향이다.
- 주소버스 : 메모리 주소 레지스터(MAR)와 연결된 버스로, 메모리나 주변 장치에 데이터를 읽거나 쓸 때 주소를 보내며, CPU에서 메모리와 IO로 보내지는 단방향이다.
- 데이터 버스 : 메모리 버퍼 레지스터(MBR)와 연결된 버스로, CPU가 메모리나 IO장치와 데이터를 주고 받으며, CPU가 데이터를 읽고 쓸 수 있도록 데이터 방향은 양방향이다.
개발을 꿈꾸는 초짜