학은제 1학기 1주차 1교시

💽 디지털 공학 개론

• 아날로그
  • 연속적으로 변하는 현상을 물리적인 양으로 표현한 것
• 디지털
  • 연속적인 값에 대응되는 용어(이산적)
  • 일정한 시간대 별로 수치화한 것
  • 샘플링 된 값(평균, 대푯값)
  • 표현 방법: 10진수 / 8진수 / 2진수

• 아날로그 시스템
  • 아날로그 신호 처리 혹은 처리 결과 출력 장치
  • 입출력 모두 아날로그 신호
  • 카세트 테이프(마그네틱)
• 디지털 시스템
  • 디지털 신호를 입출력 받아 처리하는 장치
  • 아날로그 신호 처리 시, 신호 변환기 필요
  • 장점: 외부 환경 변화 영향 적게 받음 / 신뢰성 높음 / 시스템 설계 용이 / 크기와 가격 점차 감소
  • 한계: 아날로그 값을 정확하게 표현하지 못함(이산적)

💻 마이크로프로세서

• 마이크로프로세서
  • 작은 실리콘 칩 위에 트랜지스터를 수천 만 개 집적한 소자
  • 매우 작은 처리기
  • CPU형 마이크로 프로세서
  • 단일 칩 마이크로 컴퓨터
  • 마이크로 컨트롤러: 제어용 단일 칩 마이크로 컴퓨터
• 마이크로 컴퓨터
  • 마이크로 프로세서: CPU의 모든 기능 하나 혹은 여러 개 반도체 칩으로 집적한 것
  • 마이크로 컴퓨터: 마이크로 프로세서를 중심으로, ROM/RAM/IO 장치로 구성된 소규모 컴퓨터 시스템
• CPU
  • 산술 논리 연산 장치: 산술 연산 및 논리 연산 수행
  • 제어 장치: 명령어 해석 및 실행을 위한 각 장치 사이의 데이터
  • 레지스터: 프로그램 실행 중, 데이터를 보관하는 작은 메모리로 고속 액세스 가능
• 버스
  • 마이크로프로세서와 각 장치들이 서로 정보를 교환하기 위한 전송로
  • 주소 버스: 메모리 내의 특정 장소나 입출력 장치의 특정 포트 주소 지정
  • 데이터 버스: 각 장치 간에 주고 받는 데이터 정보
  • 제어 버스: CPU 내부 혹은 외부로부터 시스템 동작 제어하는 신호

• 메모리 구성에 따른 분류
  • 폰 노이만: 데이터 영역과 프로그램 영역의 물리적 구분 없음 / 일반 데스크톱 PC
  • 하버드: 프로그램 버스와 데이터 버스가 별도, 동시에 액세스 가능 / 8051, PIC, AVR
  • CMOS: 소비전력 적고 전달 특성 우수하며 동작 전압 범위가 넓음
  • 고성능/고효율의 플래시 메모리 탑재: 프로그램 메모리가 플래시 메모리로 되어 있으며 ISP 기능을 제공하여 손쉽게 프로그램 다운로드
• ROM 종류
  • Mask: 공장에서 기입해서 출시하여 변경 불가
  • P: 딱 한 번만 사용 가능
  • EP: 자외선으로 데이터 삭제 / ROM 라이터 / 시간 소요
  • EEP: 수정 자유로움 / 시간 소요 적음

• 명령어 구조에 따른 분류
  • CISC(복잡 명령어 셋 컴퓨터): 인텔의 x86계열 CPU에서 사용했고 CPU가 처리할 수 있는 모든 명령어를 내장하여 CPU 구조가 매우 복잡하지만 호환성이 좋음
  • RISC(축소 명령어 셋 컴퓨터): 대형 컴퓨터나 워크 스테이션에서 사용하고 CPU에 내장된 명령어를 줄여 보다 빠른 처리 속도를 지녔으며 복잡한 명령어를 단순한 명령어를 조합해서 사용하여 CPU의 구조가 단순화되었지만 컴파일러의 부담이 큼

• 단일보드 마이크로 컴퓨터
  • 마이크로 컴퓨터 중 부품들을 한 장치의 기판 위에 배치해 놓은 것
  • 라즈베리 파이
• 단일 칩 마이크로 컴퓨터
  • 단일보드 마이크로 컴퓨터에 들어가는 모든 부품들을 하나의 반도체 칩(VLSI)에 집적
  • 연산 및 데이터의 처리를 목적으로 하는 연산용과 기계의 제어를 목적으로 하는 제어용으로 분류
  • 마이크로 컨트롤러: 제어를 목적으로 하는 단일 칩 마이크로 컴퓨터
  • One-chip Microcomputer
  • counter timer circuit(계수 타이머 회로)
• 마이크로 컨트롤러 장점
  • 소형화된 제품, 경량화
  • 저렴한 가격
  • 융통성이 높아 기능 변경이나 확장 용이
  • 신뢰성 향상
• 마이크로 컨트롤러 응용
  • 산업, 계측, 가전제품, 유도제어, 데이터 처리, 자동차, 통신
  • 4비트~64비트: 뒤로 갈수록 고성능
  • 군사 장비, 인공 위성 등은 안정성 높은 8비트와 16비트 사용

💾 시스템 프로그래밍

• 유닉스/리눅스의 역사
  • 1969년, 어셈블리어로 유닉스 개발
  • 1973년, C언어로 유닉스 재개발
  • 1988년, 시스템과 SunOS 결합한 SVR4(상용) 개발 >> 유닉스 계열
  • 1977년, 오픈 소스 버전 BSD 개발 >> 리눅스

• 리눅스: 리누스 토발즈가 리눅스 커널 개발
• 리눅스 특징
  • 공개 소프트웨어, 무료
  • 유닉스와 완벽한 호환성
  • 서버용 운영체제
  • GUI 환경 제공
  • 가상 메모리, 파일 시스템 제공
  • C언어 기반 운영체제
  • 풍부한 응용 프로그램
  • 다양한 배포판
• GNU
  • 유닉스의 상업적 확산에 반발하여 리처드 스톨먼이 개발함
  • 유닉스 호환 운영체제 및 정보 공유 프로젝트
  • GNU 헌장: 모든 프로그램은 무료, 프로그램의 사용, 복사 등 제한 없음
  • 카피 레프트: 무료 소프트웨어 개발

• 리눅스 배포판
  • 리눅스 커널 + 응용 프로그램
  • 데비안 계열: 우분투(for 개인 사용자)
  • 슬랙웨어 계열: JAVA, 안드로이드
  • 레드햇 계열: 페도라(for 서버), CentOS(for 빅데이터)
• 우분투
  • 개인 사용자들로부터 사랑 받는 데비안 계열의 리눅스
  • GNOME: GUI 환경 제공
  • 마크 셔틀워스 개발
  • 누구나 어렵지 않게 리눅스를 사용하자
  • 다양한 응용 소프트웨어 제공

📠 운영체제

• 운영체제: 사용자와 컴퓨터 사이에 인터페이스를 형성하여 시스템 프로그램을 효과적으로 운용할 수 있도록 하는 시스템 프로그램
• 시스템 소프트웨어
  • 컴퓨터 시스템 전체를 운용하는 소프트웨어
  • 프로그램의 흐름을 관장
  • 프로그램을 주기억 장치에 적재
  • 인터럽트: 돌발 상황
  • 언어번역: 자연어 >> 기계어
  • 컴퓨터 내부의 여러 장치 관리
  • 운영체제는 시스템 소프트웨어의 일부이자 가장 대표적인 프로그램
• 컴퓨터 시스템의 구성
  • 사용자
  • 소프트웨어: 응용 프로그램 / 시스템 프로그램(유틸리티) / 운영체제
  • 하드웨어

• 운영 체제의 목적
  • 처리 능력 향상: 일정 시간 안에 처리할 수 있는 일의 양
  • 반환 시간 감소: 작업 의뢰부터 처리 완료까지의 시간
  • 사용 가능도 향상: 얼마나 빨리 사용할 수 있는가
  • 신뢰도 향상: 얼마나 정확하게 해결했는가

• 운영 체제의 역할
  • 컴퓨터 시스템의 성능을 최대로 발휘할 수 있도록 관리하는 기능
• 부팅: 컴퓨터 시스템 시동 혹은 재시동
• 저장 매체 관리: 데이터 기록, 읽고 쓰기, 파일 할당 테이블(FAT)
• 사용자 인터페이스: CUI, GUI, 메뉴 인터페이스, 아이콘
• 컴퓨터 자원 관리
  • 응용 프로그램이 사용하는 서로 다른 종류의 많은 하드웨어
  • 슈퍼바이저, 커널
  • CPU 제어
  • 시스템이 켜져 있는 동안 주기억 장치에 상주, 각종 응용프로그램 관리
• 파일 관리
  • 복사, 백업, 삭제, 수정
• 프로세스 관리
  • 다양한 작업을 동시에 처리할 때 운용하는 기법
  • 시분할 시스템: 시간을 나누어 할당
  • 다중 프로그래밍: 여러 개의 프로그램을 하나의 프로세서에서 동시에 실행하는 기법
  • 다중 처리: 다수의 프로세서를 이용하여 하나 혹은 여러 개의 프로그램을 실행하는 기법
  • 분산 처리: 각각의 운영체제와 메모리를 가지고 독립적으로 분리되어 있을 때, 네트워크로 연결하여 하나의 시스템처럼 운용하는 기법

📺 전산 개론

• 정보 통신 기술(ICT)
  • 하드웨어, 소프트웨어, 네트워크(통신), 정보(데이터)
  • 컴퓨터 과학을 기반으로 하여 활용 및 실제
• 컴퓨터 과학: 개념, 이론 및 알고리즘
• 미래 혁신 기술: 인터넷 웹 >> PC >> 모바일 >> 이메일
• 산업 혁명 >> 정보 혁명
• 탈산업화 / 지구촌
• 제 3의 물결
  • 앨빈 토플러
  • 제 1의 물결: 농경 사회
  • 제 2의 물결: 산업 사회(대량 생산, 노동 집약적)
  • 제 3의 물결: 정보 사회
  • 수평적 사회 구조, 지방 분권형 정치, 다품종 소량 생산
• 정보 혁명
  • 기하급수적 변화
  • 지식과 정보 / 지식 근로자
  • 1차 산업 혁명: 기계, 철도, 증기
  • 2차 산업 혁명: 대량 생산, 전력, 기계 자동화(어셈블리 라인)
  • 3차 산업 혁명: 자동생산, 전자 기술과 컴퓨터
  • 4차 산업 혁명: 인공지능, 빅데이터, 로봇
• 디지털 통신과 컴퓨터 기술의 결합 >> 통신 혁명
• 장소와 시간의 한계 극복 >> 정보 즉시 생산, 공유
• 지식 기반 경제
  • 구경제: 산업화 시대, 자본, 노동, 자원
  • 신경제: 차별적 기술력, 프리미엄 브랜드, 무형 자산(지식)
  • 창의성이 강조되는 창조 경제

• 컴퓨터의 범용성
  • 임베디드와 CPU 탑재
  • 튜링 머신: 입력 데이터를 프로그램이 처리하여 출력함
• 컴퓨터의 융통성
  • 다양한 기능
  • 소프트웨어
  • 입력 장치, 센서, 출력 장치
  • 초기에는 공학 분야에 활용됨(연산, 계측)
• ICT 구성 요소
  • 하드웨어, 소프트웨어, 프로시저(알고리즘), 통신망, 사람, 정보
  • 소프트웨어의 핵심은 문제를 해결하는 절차인 알고리즘
  • 알고리즘의 과학
• ICT 시대별 변화: 하드웨어 >> 소프트웨어 >> 콘텐츠(앱, 빅데이터)