컴퓨터 구조

DanChu 🌟·2022년 8월 5일

폰 노이만 구조 vs. 하버드 구조

폰 노이만 구조

프로그램과 데이터의 메모리가 구분되지않고 공유되기 때문에 CPU와 메모리 사이에 하나의 버스만 존재한다. 폰 노이만 구조는 CPU, 메모리, 프로그램 구조를 갖는 프로그램 내장 방식의 컴퓨터로, 폰 노이만 구조에서는 소프트웨어(프로그램)만 교체하여 사용이 가능하다. 그 덕분에 각 프로그램에 해당하는 개별 하드웨어를 일일이 만들어야했던 이전의 컴퓨터들보다 범용성이 크게 향상되었다.

현재까지도 폰 노이만의 구조를 따르는 컴퓨터를 사용하지만, 이러한 구조에는 병목현상이라는 단점이 있다. 메모리 값을 읽고 쓰는 구조에서 내장 메모리에 나열된 명령을 순차적으로 처리할 때 CPU가 명령어와 데이터에 동시에 접근할 수 없다. 왜냐하면 앞서 언급한 데이터 메모리와 프로그램 메모리가 구분되어있지 않고 하나의 버스를 가진 구조 때문에.

하버드 구조

폰 노이만 구조아 달리 명령용 버스와 데이터용 버스가 물리적으로 분할되어 있다. 즉, 하버드구조는 CPU가 명령어를 메모리로부터 읽는 것과 데이터를 메모리로부터 읽는 것을 동시에 처리할 수 있다. 결과적으로 병목현상을 줄여 폰 노이만구조보다 더 빠른 속도를 낼 수 있다는 장점이 있다.

하지만, 더 빠른 속도로 처리하는 만큼 더욱 많은 전기 회로가 필요하다는 단점이 있다. 두개의 버스와 메모리를 가지므로 CPU코어에서 공간을 많이 차지하게된다.

컴퓨터 구조의 핵심

CPU

Central Processing Unit (중창 처리 장치)
컴퓨터에서 대뇌역할을 하는 부분으로, 기억, 해석, 연산, 제어라는 주요 기능들을 관할하는 장치이다. 클럭 속도, IPC, 코어 수에 따라 CPU의 성능이 결정된다.

Memory

메모리는 새로운 정보를 기록하거나 기록된 내용을 필요할 때에 읽어낼 수 있는 기억장치이다. 좁은 의미로 메인 메모리 (main memory, 주 기억장치) 혹은 RAM(Random Access Momory) 라고도 한다. 이 메인 메모리는 프로세서처럼 전자소자로 만들어져 기억할 내용을 전기 신호로 저장되기 때문에 보조기억장치(HDD 등)보다 속도가 매우 빠르다.

각 메모리에는 대역폭(FSB, Front Side Bus)이 존재하는데, 특정 버스(CPU의 L2캐쉬에서 메인 메모리에 이르는)를 가리키는 명칭이다.

IO

컴퓨터는 소프트웨어를 실행하는 동안 CPU-메모리와 외부장치 간 정볼르 주고받는다. 이때 주고받는 정보를 Input/Output(I/O)라 말한다. 이러한 입출력 디바이스의 I/O 연산은 I/O 컨트롤러가 담당하며, 컴퓨터 내에서 수행되는 연산은 메인 CPU가 담당한다.

BUS

컴퓨터 안의 부품들 간, 또는 컴퓨터 간 데이터와 정보를 전송하는 통로(통신 시스템)이다. 하드웨어 부품부터 통신 프로토콜을 포함한 소프트웨어 전반을 포함하는 개념이다.

주소 버스 (Address Bus)

메모리의 주소나 I/O Unit의 포트 번호를 전달
CPU와 Memory는 단방향으로 데이터 전달이 가능한 버스를 이용함으로써 주소 전달은 CPU에서 메모리로만 가능
CPU, Memory는 I/O Unit과 양방향으로 데이터 전달이 가능한 버스를 사용

데이터 버스 (Data Bus)

데이터 전달
각 구성요소(CPU, Memory, I/O Unit)는 양방향으로 데이터 전달이 가능한 버스를 사용

제어 버스 (Control Bus)

제어 신호 전달
Read와 Write신호가 전달
각 구성요소(CPU, Memory, I/O Unit)는 양방향으로 데이터 전달이 가능한 버스를 사용

references

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