[CS] 3-1 기본적인 구조 요소들

현수·2022년 1월 30일
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  • 컴퓨터 아키텍처 : 컴퓨터의 여러 구성요소를 배치하는 방법.

폰 노이만 구조

  • 폰 노이만이 고안한 내장 메모리 순차처리 방식으로, 명령과 데이터는 같은 버스와 메모리를 사용하기 때문에 동시에 접근하는 것이 불가능하다.

  • 병목현상 : CPU와 메모리 사이에 하나의 통로를 통해 순차적으로 데이터가 이동하며 처리되는데(직렬처리), 처리해야 할 데이터 양이 많아지면 발생하는 지연현상.


* 버스(BUS) : 컴퓨터 안의 부품들 간에, 또는 컴퓨터 간에 데이터와 정보를 전송하는 통로(통신 시스템)

* ALU(산술논리장치) : CPU에서 실제로 논리연산, 산술연산 등을 수행하는 장치. 즉 명령을 실행하는 역할을 한다.


하버드 구조

  • 폰 노이만 구조의 문제를 완화하기 위해 나타게 되었으며, 명령용 버스와 데이터용 버스가 물리적으로 분할되어 있다는 점에서 다르다.
  • 명령어와 데이터를 동시에 가져올 수 있어 좀 더 빠르지만 두 번째 메모리를 처리하기 위한 버스가 추가로 필요하다.


프로세서 코어

  • CPU : ALU, 레지스터, 실행장치의 조합.
    • 레지스터 : 데이터 및 실행 중인 프로그램의 상태 정보를 저장하는 매우 빠른 장치.
    • 실행장치(제어장치) : 명령어를 읽고 실행하는데 필요한 CPU 내부의 각 장치 간의 데이터 흐름을 제어.

멀티프로세서 시스템

  • 단일 CPU보다 좋은 성능을 얻기 위한 방법.
  • 여러 CPU를 활용하도록 프로그램을 병렬화 것은 순차적 프로그래밍에 비해 난해하다는 점에서 문제.
  • GUI를 제공하는 초기 워크스테이션에서는 프로그램을 동시에 실행 할 수 있다는 것은 큰 이점.
    • ex) 초기의 X 윈도우 시스템 : 윈도우 시스템을 처리하는 별도의 프로세서.
  • 반도체 회로 크기가 줄어들면서 비용도 낮아졌고, CPU를 더 빠르게 만들어 더 나은 성능 달성.

  • 전력장벽 : 회로의 크기는 줄어드는데 기계가 빨라지게 되면서 더 많은 전력을 소모하게 되어 단위 면적당 열 발생이 많아 졌고, 회로가 녹지 않도록 온도가 올라가는 것을 방지하면서 소형화 고성능화하기 어려워졌다.

프로세서 코어

  • CPU라고 부르던 것에서 프로세서 코어로 변화.
  • CPU를 여러 개 사용한 멀티 프로세서 시스템에서 하나의 CPU내에 여러 개의 코어를 사용한 멀티코어 프로세서가 일반적으로 사용.


마이크로프로세서와 마이크로컴퓨터

마이크로프로세서

  • 메모리와 입출력장치가 프로세서 코어와 같은 패키지에 들어있지 않은 프로세서.
  • 컴퓨터의 CPU(프로세서 코어)도 마이크로 프로세서
  • 개별적으로는 연산만 가능하며 저장장치, 출력장치 등의 주변장치가 있어야 사용할 수 있다.

마이크로컴퓨터(마이크로 컨트롤러)

  • 마이크로 프로세서와 이를 사용하기 위한 메모리, 입력 장치 등이 모두 하나의 칩 안에 패키징된 것.
  • 하나 만으로 LED나 센서 등의 장치를 사용할 수 있어 작은 컴퓨터 (마이크로 컴퓨터)로 불린다.

즉, 마이크로프로세서는 큰 시스템의 부품으로, 마이크로 컴퓨터는 주방가전 등에 들어가는 칩으로 된 작은 컴퓨터이다.

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단일 칩 시스템 (System on a Chip)

  • SoC System on a Chip의 약자로, 하나의 칩으로 시스템 운영이 가능하다는 뜻.
  • RAM, ROM, GPU 등을 포함하고 있는 초소형 컴퓨터(하나의 데스크탑과 같이 사용가능)
  • 주로 스마트폰에 사용.

즉, 마이크로 프로세서의 한계를 뛰어넘어 더 복잡한 기능을 제공하는 것이 SoC이다.

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