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01. 컴퓨터 구조 소개
- 컴퓨터 구조 범위
- 컴퓨터 구성 요소
- 컴퓨터 발달 과정
- 요약
1. 컴퓨터 구조 소개
학습 목표
- 컴퓨터 구조가 다루는 범위를 이해
- 컴퓨터의 발달 과정을 설명
강의 내용
1.1 컴퓨터 구조 범위
1.2 컴퓨터 구성 요소
1.3 컴퓨터 발달 과정
1.1 컴퓨터 구조 범위
컴퓨터(Computer)
- 계산하는 기계
- 프로그램을 실행하는 기계
- 연산을 위한 용도
프로그램(Program)
- Sequence of Instructions
- 명령어들이 의미있는 순서대로 나열된 것
명령어(Command)
- 프로그래머가 컴퓨터에게 실행을 지시할 수 있는 최소의 작업 단위
- 컴퓨터가 프로그래머의 지시를 받아 실행할 수 있는 최소의 작업 단위
- 프로세스보다 작은 단위
계층으로 본 컴퓨터
프로세서: CPU
| 고급언어 프로그램 | 소프트웨어 |
| 어셈블리 프로그램 | |
| 프로그래머 모델(프로세서 구조, 명령어 집합) | 컴퓨터 구조(하드웨어) |
| 컴퓨터 조직(중앙처리장치, 기억장치, 입출력장치) | |
| 논리회로 | |
| 반도체 기술 |
컴퓨터 구조 계층별 고려 사항
| 계층 | 대상 |
| 2진수 체계 및 논리회로 | 부울대수, 게이트, 조합논리 빌딩블록, 레지스터, 카운터 등 |
| 컴퓨터 조직 | 중앙처리장치(제어장치, 연산장치), 기억장치, 시스템 버스 |
| 프로그래머 모델 | 레지스터 용도, 주소지정방식, 기억장치 구조, 데이터 형식, 명령어 집합 |
반도체 기술과 논리회로
반도체 기술
- 전기적으로 동작하는 스위칭 소자(트랜지스터) 제공
- 스위칭 소자로 컴퓨터의 기본 소자인 논리 게이트(Logic Gate) 구현
논리회로
- 물리 특성을 논리 개념으로 적용
- 부울 대수: 컴퓨터의 동작을 참/거짓(2진수)로 표현
- 논리 게이트(그림으로 표현, 아래 진리표 참고): 논리회로의 동작을 표현하는 기본 논리 소자
컴퓨터 구성 요소
컴퓨터 구성 요소
- 중앙처리장치, 기억장치, 입출력장치 (*크게 세가지 있음)
- 시스템 버스
컴퓨터 조직
- 구성 요소의 세부 사항 및 물리적 연결
프로그래머 모델(Programmer model)
- 컴퓨터 조직 중에서 프로그램을 작성할 수 있도록 프로그래머에게 제공되는 부분
- 명령어 집합, 레지스터 구조, 기억장치 구조 (*이런 내용이 있다는 점만 알아두면 됨)
명령어 집합
명령어 집합(Instruction set)
- 컴퓨터가 해석하고 실행할 수 있는 명령어들의 모임
- 하드웨어와 소프트웨어를 연결하는 인터페이스
명령어(Instruction)
- 컴퓨터가 실행할 수 있는 가장 기본적인 작업 단위
- 기계어 또는 기계코드: 2진수 표현
- 어셈블리어: 문자 표현
소프트웨어 계층 (* "무시하시면 돼요")
어셈블리 프로그램
- 어셈블리 언어로 작성한 프로그램
- 기계 의존적
시스템 프로그램
- 외부에서 컴퓨터를 사용할 수 있도록 도와주는 소프트웨어
- 운영체제, 컴파일러, 파일 탐색기 등
고급언어 프로그램
- C, Java와 같은 고급 프로그래밍 언어로 작성한 프로그램
- 컴파일러(compiler)가 어셈블리 언어(기계어)로 번역
- 기계 독립적
응용 프로그램
- 사용자가 문제 해결을 위하여 사용하는 소프트웨어
- 사무용, 비즈니스용
- 오피스 프로그램, 웹브라우저, 게임 등
1.2 컴퓨터 구성 요소
프로그램 내장형 구조(Von Neumann 구조)
- 프로그램들과 데이터를 기억장치에 저장해두고 명령어를 하나씩 중앙처리장치로 가져와 실행하는 방식
구성 요소 기능
중앙처리장치
- 제어 및 연산
- 제어장치: 명령어를 해석하고 구성 요소들을 제어
- 처리장치: 제어장치의 지시에 따라 명령어 실행
기억장치
- 프로그램과 데이터 저장
입출력장치
- 컴퓨터와 사용자 인터페이스
시스템 버스(system bus)
- 컴퓨터 구성 요소 간 데이터 전달 경로(data path)
(* 데이터가 돌아다니는 경로, 사실 상 인터페이스, 예/ 메인보드의 장치간 연결 선)
1.3 컴퓨터 발달 과정
내용
- 1.3.1 세대별 컴퓨터 분류
- 마이크로프로세서 이후
1.3.1 세대별 컴퓨터 분류
소자에 따른 분류
- 기계식 (1600년대): 산술 계산용
- 1세대 진공관: 1956년 에니악. 전자식 컴퓨터의 시작
- 2세대 트랜지스터: 자기 코어 기억장치, 초기 고급 언어 도입
- 3세대 집적회로(IC: Integrated Circuit): 반도체 기억장치, 운영체제
- 4세대 대규모집적회로(VLSI): 마이크로프로세서
(* 결과적으로 CPU)
1945년 폰 노이만
- 내장형 프로그램 구조 제안
무어(Moore)의 법칙 (* "안보셔도 돼요")
반도체 집적회로의 성능이 18개월마다 2배로 증가한다.
(* 옹호 및 반대 측 의견이 분분)
마이크로프로세서 이후
마이크로프로세서 출현: Intel 4004(1971)
(* 시퀀스 제어→마이크로프로세서(프로그래밍으로 제어), 되게 획기적이었음)
1980년대 중반까지 (처리용량 개선)
- 반도체 기술의 발달
- 상향호환성(Upward Compatibility) 유지
(* 위의 두 상황으로 CPU가 많이 좋아짐)
1980년대 중반 이후 (조직 개선)
- 프로세서 내부 조직 변경
- 캐시 기억장치, 가상 기억장치, 명령어 파이프라인
- RISC형 프로세서, 슈퍼스칼라 프로세서
2000년대 이후: 멀티코어 프로세서 등장
요약
본 컴퓨터구성은 [컴퓨터구성 - 경상국립대학교 컴퓨터과학부(빅데이터전공)]에서 수업한 자료를 토대로 정리하여 작성하였습니다.
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