컴퓨터의 기본 구성

컴퓨터의 기본 구성

하드웨어의 구성

• CPU(중앙처리장치) : 명령어를 해석하여 실행하는 장치
• 메모리 : 프로그램과 데이터를 저장하는 장소
• 입력장치 : 외부의 데이터를 컴퓨터에 입력하는 장치
• 출력장치 : 컴퓨터에서 처리한 결과를 출력하는 장치
• 저장장치 : 메모리보다 느리지만 저렴하고 용량이 크며, 전원 온/오프와 상관없이 데이터를 영구적으로 저장한다.
• 메인보드 : CPU와 메모리 등 다양한 부품을 버스(가는 선)로 연결하는 판.

폰노이만 구조

CPU, 메모리, 입출력장치, 저장장치가 버스로 연결되어 있는 구조.

하드웨어는 그대로 둔 채 작업을 위한 프로그램만 교체하여 메모리에 올릴 수 있다.

모든 프로그램은 메모리에 올라와야 실행할 수 있다.

하드웨어 사양 관련 용어

• 클록 : CPU의 속도와 관련된 단위. 클록이 일정 간격으로 틱(= 펄스, 클록틱)을 만들면 거기에 맞추어 CPU 안의 모든 구성 부품이 작업을 한다.
• 헤르츠 : 클록틱이 발생하는 속도를 나타내는 단위. 1초에 클록틱이 한 번이면 1Hz
• 시스템 버스와 CPU 내부 버스 : 시스템 버스는 메모리와 주변장치를 연결하는 전면 버스하고 하며, CPU 내부 버스는 CPU 내부에 있는 장치를 연결하는 버스로 후면 버스라고 한다.

CPU와 메모리

CPU의 구성

• 산술논리 연산장치 : 데이터의 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 같은 산술 연산과 AND, OR 같은 논리 연산을 수행한다.
• 제어장치 : CPU에서 작업을 지시하는 부분
• 레지스터 : CPU 내에 데이터를 임시로 보관하는 곳

레지스터의 종류

• 사용자 가시 레지스터

  • 데이터 레지스터 : CPU가 명령어를 처리하는 데 필요한 일반 데이터를 임시로 저장. 일반 레지스터 또는 범용 레지스터라고 부른다.
  • 주소 레지스터 : 데이터 또는 명령어가 저장된 메모리의 주소 저장

• 사용자 불가시 레지스터 (특수 레지스터)

  • 프로그램 카운터 (명령어 포인터) : 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장
  • 명령어 레지스터 : 현재 실행 중인 명령어를 저장
  • 메모리 주소 레지스터 : 메모리 관리자가 접근해야 할 메모리의 주소를 저장
  • 메모리 버퍼 레지스터 : 메모리 관리자가 메모리에서 가져온 데이터를 임시로 저장

버스의 종류

• 제어 버스 : 제어장치와 연결된 버스로, CPU가 메모리와 주변장치에 제어 신호를 보내기 위해 사용한다. 제어 신호를 보내기 위해 양방향이다.
• 주소 버스 : 메모리 주소 레지스터와 연결된 버스로, 메모리나 주변장치에 데이터를 읽거나 쓸 때 위치 정보를 보내기 위해 사용하며 단방향이다.
• 데이터 버스 : 메모리 버퍼 레지스터와 연결된 버스로, 양방향이다.

메모리 보호

CPU는 현재 진행 중인 작업의 메모리 시작 주소를 경계 레지스터에 저장한 후 작업을 한다. 또한 현재 진행 중인 작업이 차지하고 있는 메모리의 크기, 즉 마지막 주소까지의 차이를 한계 레지스터에 저장한다. 사용자의 작업이 진행되는 동안 두 레지스터의 주소 범위를 벗어나는지 하드웨어적으로 점검함으로써 메모리를 보호한다.

부팅

컴퓨터를 켰을 때 운영체제를 메모리에 올리는 과정. 사용자가 컴퓨터를 켜면 롬에 저장된 바이오스가 CPU, 메모리, 하드디스크, 키보스, 마우스와 같은 주요 하드웨어가 제대로 작동하는지 확인한다.

• 마스터 부트 레코드 : 하드디스크의 첫 번째 섹터를 가리키며, 운영체제를 실행하기 위한 코드인 부트스트랩이 이곳에 저장되어 있다.

• 부트스트랩 : 운영체제를 메모리로 가져와 실행하는 역할을 하는 작은 프로그램

컴퓨터 성능 향상 기술

버퍼

• 버퍼 : 버퍼는 속도에 차이가 있는 두 장치 사이에서 그 차이를 완화하는 역할. 데이터를 모아 한꺼번에 전송. 바구니
• 스풀 : CPU와 입출력장치가 독립적으로 동작하도록 고안된 소프트웨어적인 버퍼 ex) 프린터에 사용되는 스풀러. 출력 명령을 내린 프로그램과 독립적으로 동작하여 인쇄할 내용을 순차적으로 출력

캐시

메모리의 데이터를 미리 가져와 저장해두는 임시 장소