공통 - 컴퓨터 구조 I

*화이트햇 스쿨 2기에서 이수한 이론교육 내용을 바탕으로 작성되었습니다.

1. 컴퓨터 시스템 개요

컴퓨터의 정의

명령에 따라 작업을 수행하는...

 

컴퓨터의 다양한 형태

1) 슈퍼컴퓨터 (Supercomputer):

가장 강력하고 빠른 계산 능력을 가진 컴퓨터이다.

과학 연구, 기상 예측, 복잡한 시뮬레이션 등의 큰 규모의 연산을 수행하기 위해 사용된다.

 

2) 메인프레임 (Mainframe):

대규모 기업이나 금융 기관에서 대량의 데이터 처리 및 트랜잭션을 위해 사용된다.

다수의 사용자가 동시에 액세스할 수 있는 고성능 시스템이다.

 

3) 미니컴퓨터 (Minicomputer) 또는 서버 (Server):

중소 규모의 기업이나 연구 기관에서 여러 사용자의 요구를 처리하기 위해 사용된다.

데이터베이스, 이메일, 웹 호스팅 등의 서비스를 제공하는데 사용될 수 있다.

 

4) 데스크탑 컴퓨터 (Desktop Computer):

개인이나 사무실에서 일반적인 컴퓨팅 작업을 위해 사용된다.

사용자의 요구에 따라 하드웨어와 소프트웨어를 맞춤화할 수 있다.

 

5) 노트북 또는 랩탑 컴퓨터 (Notebook or Laptop Computer):

휴대성을 중요시하는 사용자들을 위해 설계된 컴퓨터이다.

배터리로 구동되어 이동 중에도 사용할 수 있다.

 

6) 타블렛 (Tablet):

터치스크린을 주요 입력 장치로 사용하는 휴대용 컴퓨터이다.

미디어 소비, 웹 브라우징, 가벼운 작업에 적합하다.

 

7) 스마트폰 (Smartphone):

통신 기능과 컴퓨터 기능이 결합된 휴대용 장치이다.

앱, 웹 브라우징, 미디어 재생 등 다양한 작업을 수행할 수 있다.

 

8) 임베디드 시스템 (Embedded Systems):

특정한 목적을 위해 설계된 컴퓨터로, 다른 제품이나 시스템에 내장된다.

가전 제품, 자동차, 산업용 기계 등에 널리 사용된다.

 

EPS: 다양한 특수목적시스템에 최적화 된 보안 통제

 

컴퓨터의 정의

컴퓨터 - CPU, RAM(데이터를 저장함), I/O(입력 값을 주거나 출력 값을 받음)

 

컴퓨터의 역사

1) 계산의 시작: 고대의 아바쿠스나 로마의 수레바퀴 같은 원시적인 계산 도구가 사용되었다.

2) 기계의 시대: 1800년대, 찰스 바비지가 '해석 기계'라는 아이디어를 제안했다.

3) 전자의 탄생: 1930년대와 1940년대, 앨런 튜링과 같은 사람들이 전자를 사용한 계산기를 만들기 시작했다.

4) 개인용 컴퓨터 출현: 1970년대, 애플, IBM, 마이크로소프트와 같은 회사들이 나타나면서 개인용 컴퓨터가 대중화되었다.

5) 인터넷과 웹의 등장: 1990년대, 인터넷과 웹 브라우저의 출현으로 정보의 공유와 통신이 혁명적으로 바뀌었다.

6) 스마트폰과 모바일 혁명: 2000년대, 아이폰과 안드로이드 같은 스마트폰이 등장하면서 우리의 생활 방식이 크게 바뀌었다.

2. 데이터 표현

비트, 바이트

8bit == 1byte

 

부동소수점

1) 정수 표현방법

01010101 = 64 + 16 + 4 + 1 = 85

 

2) 정수 표현방법 / 데이터 범위

char  1바이트 기본적으로 -128에서 127까지

 

3) 정수 표현방법/ 부호비트

01010101

부호비트 +

 

오버플로

11111111 = 255

여기서 1 커지면?

100000000

3. 중앙처리장치(CPU)

컴퓨터가 프로그램을 실행하는 과정

소스코드 → 어셈블리어(중간어) → 기계어

 

1) 명령어 가져오기(Fetch)

2) 명령어 해독(Decode)

3) 명령어 실행(Execute)

4) 메모리 접근(Memory Access)

5) 결과값 저장(Write-back)

 

+ 파이프라이닝

+ 분기예측

+ 명령어 병렬처리

 

CISC, RISC

	CISC(Complex Instruction Set Coputer)	RISC(Reduced Instruction Set Computer)
명령어의 수	많다	적다
레지스터	적다	많다
처리속도	느리다	빠르다
설계(내부구조)	복잡하다	간단하다
전력소모	많다	적다

 

구조

CPU의 구조

1) Control Unit: CPU 및 컴퓨터의 작동을 제어

2) ALU (Arithmetic and Logic Unit): 컴퓨터의 데이터 처리 기능 수행

3) Registers: CPU 내부의 저장소 제공

4) CPU Interconnection: 제어 유닛, ALU, 레지스터 간의 통신을 제공하는 메커니즘

 

멀티코어 컴퓨터 구조의 구조

1) CPU (Central Processing Unit): 명령을 가져오고 실행하는 컴퓨터 부분

2) ALU, 제어 유닛, 레지스터로 구성됨

3) Core: 프로세서 칩상의 개별 처리 유닛. 단일 CPU 시스템의 CPU와 기능적으로 동일할 수 있음

4) Processor: 하나 이상의 코어를 포함하는 실리콘 물리 부품명령을 해석하고 실행하는 컴퓨터 구성 요소

4. 메모리와 시스템

메모리의 역할

메모리는 실행 중인 프로그램, 중간 결과, 그리고 다양한 데이터를 저장하는 공간입니다.

 

디버거

 

빅엔디안

 

리틀엔디안

 

RAM vs ROM

	램(RAM)	롬(ROM)
Data(read/write)	읽기, 쓰기 가능	읽기만 가능(read only)
속도	빠름	비교적 느림
메모리	휘발성(Volatile)	비 휘발성(non-volatile)
제품	DRAM, SRAM	Flash, PROM, EPROM
용도	주기억장치	보조기억장치

 

메모리 계층 구조

5. 입출력 시스템

BUS

 

포트, USB 장치, usb-if, usb.ids, 인터럽트

 

DMA