Day-11
5장 컴퓨터 아키텍처와 운영체제
-컴퓨터는 어떻게 프로그램과 메모리를 관 리할까
1. 컴퓨터의 기본적인 구조 요소들
폰 노이만 구조와 하버드 구조
가장 흔한 두 가지의 컴퓨터 구조는 폰 노이만 구조와 하버드 구조가 있는데
두 구조의 차이는 메모리 배열이다.
폰 노이만 구조
폰 노이만 구조
(1) CPU
- 명령어 사이클을 통해 메모리에서 다음 실행할 명령어를 읽어오고 실행하는 단계를 반복
- 각 명령어에 해당하는 제어신호를 생성하고, 산술/논리 연산 실행
(2) 메모리 - 저장장치에 저장된 프로그램이 실행상태가 되어 메모리에 적재
- 데이터와 프로그램이 저장
(3) 입출력장치(I/O) - 사용자로부터 입력을 받고 실행결과 또는 메모리에 저장된 데이터를 출력
폰 노이만 구조의 특징
- 명령어와 데이터가 구분되지 않고 하나의 메모리에 저장된다.
- 명령어와 데이터가 같은 메모리에 저장되고 같은 버스를 이용해서 전달되기 때문에 명령어와 데이터를 동시에 가져올 수 없다. ➡️ 병목현상 발생
( 버스 : 비트를 이동시키는 대량 교통 수단)
하버드 구조
하버드 구조의 특징
- 명령어를 저장해놓는 메모리와 데이터를 저장해놓는 메모리가 분할되어 있다.
- 명령어와 데이터가 별도의 버스를 사용할 수 있기 때문에
명령어와 데이터가 동시에 접근할 수 있어서 속도가 개선된다. - 버스가 하나 더 필요하므로 더 많은 전기회로가 들어간다.
프로세서 코어
멀티 프로세서 시스템
CPU 프로세서가 여러 개 병렬로 있는 것을 말한다.
장점
- 성능이 좋아진다.
하나의 CPU보다 여러 개의 CPU가 같이 돌아가면 더 많은 계산을 한 번에 할 수 있다. - 비용면에서 효율적이다.
같은 성능일 때, 하나의 좋은 CPU보다 조금 덜 좋아도 여러개의 CPU를 쓰는 것이 더 저렴하다. - 신뢰성이 좋다.
CPU가 하나일 때 고장나면 쓸 수 없지만 CPU가 여러개이면
하나가 고장나면 성능은 낮아지겠지만 여전히 작동된다.
전력 장벽
계속된 발전
- 반도체의 크기가 계속 줄어들었다. (+ 비용도 낮아짐)
- CPU의 속도도 더 빨라지면서 전력을 더 많이 소모한다.
전력 장벽 발생
- 회로 크기가 줄어드는데 기계가 빨라져서 단위 면적당 소모하는 전력이 더 많아졌고 단위 면적당 열 발생이 많아졌다.
- 이런 이유로 2000년경 전력 장벽에 부딪혔다.
- 전력 장벽 : 더 많은 열이 발생하면 회로가 녹을 정도의 성능에 도달해서 더이상 회로를 소형화 고성능화하기가 어려워진 현상.
프로세서 코어
- 사람들은 작아진 회로 크기를 활용한 새로운 해결책을 찾아냈다.
- CPU의 정의가 바뀌어 예전에 CPU라고 부르던 것을 요즘은 프로세서 코어라고 부른다.
- 이제는 이런 코어가 여럿 들어가는 멀티코어 프로세서가 일반적으로 쓰인다.
MPU와 MCU
프로세서를 물리적인 패키징에 따라 구조를 구분할 수 있는데
바로 마이크로프로세서(MPU)와 마이크로컨트롤러(MCU)로 구분할 수 있다.
마이크로 프로세서와 마이크로컨트롤러 둘 다 명령어를 처리하기 위한 장치이다.
마이크로프로세서 (MPU) (Micro Processor Unit)
- 내부에 레지스터, 제어장치, 연산장치를 포함하여 연산이 주 목적인 장치
(제어장치 : 명령어를 해석하여 레지스터나 연산장치를 제어
연산장치 : 산술연산을 담당
레지스터 : 소량의 데이터를 임시저장하는 공간) - 연산만 가능하므로 메모리와 입출력장치(I/O)등의 주변 장치가 있어야 사용할 수 있다.
- 컴퓨터의 CPU가 마이크로 프로세서이다.
→ 보통 큰 시스템에 들어가는 부품
마이크로컨트롤러 (MCU) (Micro Controller Unit) (마이크로컴퓨터)
- ‘마이크로프로세서 + 이를 사용하기 위한 메모리,
입출력장치(I/O) 등의 필요한 기능’이 함께 집적된 장치 - 마이크로 컨트롤러만으로도 ED전광판, 센서, 식기세척기 등의 장치들을 사용할 수 있다.
→ 그래서 작은 컴퓨터라고도 불림
단일 칩 시스템(SoC)
- 더 복잡한 마이크로컨트롤러
- 온칩 I/O 제공, 와이파이 회로등의 더 복잡한 장치 포함
- 핸드폰 등의 장치에서 볼 수 있다.
참고자료
https://dheldh77.tistory.com/entry/컴퓨터구조-폰노이만-구조와-하버드-구조
https://100100e.tistory.com/159
https://m.blog.naver.com/roboholic84/220815649199
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