제2장 컴퓨터의 이해 2.1컴퓨터 시스템 2.2 컴퓨터 하드웨어

2.1 컴퓨터 시스템 컴퓨터의 정의 입력된 데이터를 주어진 프로그램에 의해 처리하여 그 결과를 출력 해 주는 기계장치 컴퓨터는 수치 계산뿐만 아니라 문자, 그림, 소리, 동영상 등 여러 유형의 데이터를 처리하여 사용자가 원하는 정보 제공 컴퓨터의 역할 컴퓨터의 기능

컴퓨터 시스템의 구성 하드웨어 컴퓨터를 구성하고 있는 물리적인 기계장치로 소프트웨어에 의해 주어진 일을 수행 하드웨어 장치간의 제어 신호와 데이터의 흐름

2.1컴퓨터 시스템 – 컴퓨터 구조(1) 중앙처리장치(CPU:Central Processing Unit) 명령어를 해독하고 실행하는 장치로 제어장치, 산술 및 논리 연 산장치, 레지스터들로 구성 마이크로프로세서(microprocessor) 하나의 칩으로 된 중앙처리장치 산술 및 논리연산장치(ALU:Arithmatic and Logic Unit) 제어장치의 제어신호에 따라 산술연산과 논리연산을 수행 제어장치(CU:Control Unit) 중앙처리장치에서 일어나는 모든 작업을 통제하고 관리하는 일을 수 행 프로그램 명령어를 해석하고, 해석된 명령의 의미에 따라 다른 장치 들에게 동작을 지시 레지스터 중앙처리장치에서 명령어를 실행하는 동안 필요한 정보들을 저장하 는 기억장치 레지스터의 크기와 개수는 중앙처리장치에 따라 차이가 있음

2.1컴퓨터 시스템 – 컴퓨터 구조(2) 기억장치 실행중인 프로그램과 프로그램에 필요한 데이터를 저장 기억장치의 계층 구조 실행중인 프로그램과 프로그램에 필요한 데이터를 저장 기억장치의 계층 구조 용량은 작고 고가지만, 빠른 속도의 기억장치와 저속이나 큰 용량의 저가 기억장치를 함께 사용 중앙처리장치가 지금 필요로 하는 프로그램과 데이터는 빠른 속도의 레지스터, 캐시기억장치, 주기억장치에 저장 중앙처리장치가 현재 필요로 하지 않는 많은 양의 프로그램과 데이터는 보조기억장치에 저장

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터 구조(3) 주기억장치 보조기억장치 캐시기억장치 RAM(Random Access Memory) 실행중인 프로그램과 실행에 필요한 데이터를 저장하는 장치로 RAM과 ROM으로 구분 RAM(Random Access Memory) 실행중인 프로그램과 실행에 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 장치로 전원을 차단하면 모든 내용이 지워지는 휘발성 기억장치 ROM(read only memory) 부팅할 때 동작하는 바이오스 프로그램을 저장하는 장치로, 전원을 차단해도 내용이 지워지지 않는 비휘발성 기억장치 보조기억장치 프로그램과 데이터를 영구히 저장하는 장치 중앙처리장치의 필요에 따라 저장되어 있는 프로그램과 데이터는 주기억장 치로 전송 하드디스크, 자기테이프, 플로피디스크, 광디스크 등 캐시기억장치 주기억장치의 접근 시간과 중앙처리장치와의 속도 차이를 줄이기 위해 사용 빠른 속도의 캐시기억장치는 현재 중앙처리장치가 자주 필요로 하는 프로그램 일 부와 데이터를 저장하여 동작하는데, 처리 속도가 향상됨

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터 구조(4) 입력장치 출력장치 문자, 그림, 소리, 동영상 등과 같은 외부의 데이터를 컴퓨터로 읽어 들임 출력장치 컴퓨터에서 처리한 결과를 사람이 이해할 수 있는 형태로 변환 입력장치 - 키보드, 마우스, 스캐너, 조이스틱 출력장치 - 모니터, 프린터, 플로터

2.1 컴퓨터 시스템 – 프로그램과 소프트웨어(1) 소프트웨어(software) 시스템 소프트웨어 응용 소프트웨어 하드웨어적 자원을 이용하여 컴퓨터를 효율적으로 활용하기 위한 프 로그램과 처리 절차에 관한 기술 및 각종 문서들을 포함하는 프로그 램 체계의 총칭 시스템 소프트웨어 응용 소프트웨어를 지원하는 소프트웨어 응용 소프트웨어 특정한 응용 분야에 사용하기 위해 개발된 소프트웨어 컴퓨터 시스템의 계층적 구조

2.1 컴퓨터 시스템 – 프로그램과 소프트웨어(2) 소프트웨어 시스템 소프트웨어 : 응용 소프트웨어를 지원하는 소프트웨어 언어 번역 프로그램 프로그래머가 작성한 프로그램을 컴퓨터가 이해할 수 있는 형으로 번 역하는 프로그램으로, 어셈블러, 컴파일러, 인터프리터 등으로 구분 운영체제 하드웨어 자원을 관리하면서 또 다른 시스템 소프트웨어와 응용 소프 트웨어의 실행에 도움을 제공 사용자와 하드웨어 사이에서 중재자 역할 운영체제 실행 화면 - 윈도우, 리눅스

2.1 컴퓨터 시스템 – 프로그램과 소프트웨어(3) 응용 소프트웨어 특정한 응용 분야에 사용하기 위해 개발된 소프트웨어 응용 소프트웨어의 종류

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터의 분류(1) 컴퓨터의 역사 1세대 컴퓨터(진공관) ENIAC 컴퓨터 1950년대 후반, 진공관을 회로소자로 이용,컴퓨터의 상품화와 실용화 시작 ENIAC 컴퓨터 1946년 미국의 모클리와 에커트가 세계 최초의 대형 전자식 디지털 컴퓨터 18000여 개 진공관을 사용한 외부 프로그램 방식 폰 노이만의 프로그램 내장방식 실행할 프로그램이나 데이터는 반드시 주기억 장치에 적재해야 된다는 이론 현대 컴퓨터의 원리가 됨 상용 컴퓨터 UNIVAC-1 : 1951년 자기테이프를 보조기억장치를 이용한 상업용 컴퓨터 출 시 EDSAC : 1949년 영국의 윌킨스가 프로그램내장방식을 최초로 도입한 컴퓨터 ENIAC EDSAC UNIAC-1

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터의 분류(2) 2세대 컴퓨터(트랜지스터) 3세대 컴퓨터(집적회로) 1950년대 후반에서 1960년대 중반, 트랜지스터를 회로소자로 이용 다중 프로그래밍과 데이터 통신 시스템이 개발 1세대 컴퓨터들 보다 고속화되고 기억 용량이 증가하며 크기가 줄어듬 제2세대에서 나타난 다른 변화는 더 복잡한 산술논리 연산 장치와 제어 유니트, 고급 프로그램 언어의 사용 및 시스템 소프트웨어의 출현 주기억 장치로는 자기 코어를 사용, 보조기억 장치로는 디스크나 테이프 를 사용 대표적인 기종 : IBM 7030, CDC 3600, RCA 310 등 3세대 컴퓨터(집적회로) 1960년 후반에서 1970년대 중반, 집적회로(IC; Integrated Circuit )를 소 자로 이용 집적회로는 실리콘 조각 위에 트랜지스터, 다이오드, 저항 등을 넣어 플라 스틱이나 세라믹으로 포장한 것이며 신뢰도가 높고 가격이 저렴하며 빠른 속도와 전력소모가 적음 대형 컴퓨터의 활용, 시분할 시스템 도입 대표적인 기종 : IBM 360

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터의 분류(3) 4세대 컴퓨터(LSI) 5세대 컴퓨터(VLSI) 1970년 중반 이후, 고밀도 집적회로(LSI; Large Scale IC )이용 개인용 컴퓨터 등장, 마이크로 프로세서가 등장하여 소형화, 범용화, 가격 저렴화, 고속화를 통해 성능향상 지능을 갖는 지능형 컴퓨터 등장 예상 대표적 기종 : IBM 4300, IBM 3033, CDC Cyber 205, IBM PC AT 고밀도 집적 회로는 보통 100만개~1억개 이상으로 트랜지스터가 회로판 DNL에 집적되어 있음 5세대 컴퓨터(VLSI) 초고밀도 집적회로(VLSI; Very Large Scale Integration ) 이용 1970년대의 두 가지 중요한 상업적인 응용 개발 반도체 메모리(semiconductor memory) 1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M, 1G, ... , 16G 마이크로 프로세스 4004, 8008, 8080, 8086, 8088, 80286, 386, 486, Pentium, Pentium Ⅱ, Pentium Ⅲ, Pentium 4

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터의 분류(4) 컴퓨터의 분류 전 세계적으로 사용되고 있는 컴퓨터는 그 용도나 자료처리 방법, 처 리능력 및 규모, 또는 특수한 목적을 위하여 만들어진 컴퓨터 등 매우 다양함 우리가 흔히 컴퓨터라고 부르는 PC는 그 사용 범위가 매우 광범위하 고 처리 능력도 뛰어남 발전 속도가 매우 빨라서 슈퍼 컴퓨터를 제외하고 컴퓨터 기종의 구 분은 그 경계가 갈수록 희미해져 가고 있음 종류별 컴퓨터 기종 종    류 대표적인 기종 PC 테스크탑 PC, 노트북 PC, Laptop, Kneetop, 핸드 PC 워크스테이션 SUN SPARC Station HP 9000 미니컴퓨터 VAX-11/780, DEC, Data General, Gould, Hewlett-Packard, Wang, … 메인프레임 IBM 시스템/370, IBM 4300, IBM 308X, … 슈퍼컴퓨터 Cray-2, IBM p690 Plus(3,655Gflops)

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터의 분류(5) 컴퓨터의 분류 개인용 컴퓨터(PC; Personal Computer) 개인의 일상적이고 보편화된 업무 처리나 교육, 오락, 통신용으로 적 합하게 설계된 컴퓨터 PC의 기능은 날로 발전하여 때로는 워크스테이션으로, 때로는 미니 컴퓨터의 기능을 대신하는 PC 서버(server)의 역할도 할 수 있음 데스크탑 노트북 Hand PC

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터의 분류(6) PC의 발달 애플 PC : 애플 社에서 개발한 컴퓨터 IBM PC : IBM 社에서 개발한 컴퓨터, 애플 컴퓨터보다 보편화(PC를 지칭하는 대표적인 기계) Pentium Intel 社에서 개발한 마이크로 프로세서 최고의 마이크로 프로세서 개발 회사로 확고부동한 위치에 있음 Pentium Pro, Pentium Ⅱ, Pentium Ⅲ, Pentium 4 Power PC 미국의 IBM사, 애플 컴퓨터 회사, 모토로라사의 3사가 공동으로 개발한 PC 구조 저가격 머신용 파워 PC 601, 휴대용 머신용 파워 PC 603, 워크스테이션 서버용 파워 PC 604, 고급 머신용 파워 PC 620, 740, G4, G5

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터의 분류(7) 워크스테이션(Workstation) 미니 컴퓨터(Mini Computer) 마이크로프로세서의 성능 향상으로 기억 용량도 크고, 여러 사람이 동시에 쓸 수 있으며, 계산 속도도 빨라서 PC의 영역을 넘어 여러 사 람이 공동으로 사용할 수 있음 미니 컴퓨터 정도의 기능을 가지고 있으면서 개인용 컴퓨터와 같이 사용자 중심의 고성능 데스크탑 컴퓨터 지금은 하드웨어 가격 하락과 관련 기술의 발달로 워크스테이션과 PC와의 구분이 모호함 미니 컴퓨터(Mini Computer) 연구나 기술 업무 처리를 적은 비용으로 대형 컴퓨터의 성능에 가깝 게 처리하기 위한 컴퓨터 메인 프레임 컴퓨터의 축소판 중소기업이나 연구소에서 사용 워크스테이션 미니 컴퓨터

2.1 컴퓨터 시스템 – 컴퓨터의 분류(8) 메인 프레임(Main Frame) 슈퍼 컴퓨터(Super Computer) 많은 업무를 신속하게 처리 하기 위한 컴퓨터로 수백 대의 단말기가 연결 됨 공공 단체, 대기업, 은행, 병원, 대학 등에서는 단말기를 연결시켜 온라인 업무나 분산 처리 업무에 이용 슈퍼 컴퓨터(Super Computer) 복잡한 계산을 초고속으로 처리하며 가격이 수십억 일기 예보, 지진이나 석유 탐사, 위성 사진 분석, 핵 분열, 항공기 모의 실 험, 영화 제작 등에 이용 현재 국내에는 한국과학기술정보연구원(KISTI, Cray-2)을 비롯한 몇몇 대기업에서 20여대 도입 슈퍼 컴퓨터의 보유 대수가 국력을 상징하기도 함 메인 프레임 컴퓨터 슈퍼 컴퓨터 (Cray-2)

2.2 컴퓨터 하드웨어

2.2 컴퓨터 하드웨어 칩셋 CPU와 메모리, 외부확장카드와의 연결 및제어 메모리의 에러 정정 기능 최대설치 메모리수 결정

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 중앙처리장치(1) 중앙처리장치 폰 노이만 구조(von Neumann architecture) 오늘날 디지털 컴퓨터의 중요한 기본 원리 프로그램을 컴퓨터 내부의 기억 장치에 저장해 두고 명령에 따라 컴 퓨터가 순서대로 해독하면서 처리하는 방식 프로그램이란 명령어들과 데이터로 구성되며, 컴퓨터를 동작시키는 것은 프로그램의 실행, 즉 명령어를(별도의 지시가 없을 경우) 한 개 씩 순차적으로 실행하는 것

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 중앙처리장치(2) 중앙처리장치 컴퓨터는 3가지 기본 구성요소 또는 모듈(처리장치, 주기억, 입출력) 이 모여서 하나의 컴퓨터를 구성 기본 모듈들의 네트워크 연결이라 할 수 있음 상호연결구조(interconnection structure)

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 중앙처리장치(3) 중앙처리장치 주기억 입출력 모듈 처리장치 주기억 모듈은 같은 길이인 N개의 워드(words, 4byte)로 구성 각 워드에는 유일한 주소값(0, 1, ⋯, N-1)이 할당 주기억으로부터 읽혀지거나 써지는 데이터의 단위는 한 워드임 입출력 모듈 컴퓨터 시스템 내부에서 볼 때 입출력은 기능적으로 주기억과 유사 입출력모듈은 처리장치로 인터럽트 신호를 보낼 수도 있음 처리장치 명령어와 데이터를 읽고, 처리한 데이터를 쓰고, 또 시스템의 전체적 인 동작을 제어하기 위한 제어신호를 사용 인터럽트 신호를 받기도 함

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 중앙처리장치(4) 중앙처리장치 상호연결구조에서 지원하는 자료전송 형태 주기억에서 처리장치로 처리장치는 주기억의 명령어 한개 또는 데이터 한 단위를 읽음 처리장치에서 주기억으로 처리장치는 데이터 한 단위를 주기억에 쓰게됨 입출력 장치에서 처리장치로 처리장치는 입출력 모듈을 경유하여 입출력 장치로부터 데이터를 읽음 처리장치에서 입출력 장치로 처리장치는 입출력 장치로 데이터를 전송 입출력 장치에서 주기억으로 또는 주기억에서 입출력 장치로 이 두 경우에 입출력모듈은 처리장치를 거치지 않고 직접 주기억 액세스 (DMA)를 사용하여 주기억과 직접 데이터 교환이 허용

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 기억장치(1) 기억장치 주기억 장치 RAM(Random Access Memory ) DRAM(Dynamic RAM), SRAM(Static-RAM) ROM(Read Only Memory) 어떤 경우에도 기억된 데이터가 소멸되지 않는 비휘발성 기억장치로 시스템 프로그램 등이 탑재

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 기억장치(2) SRAM과 DRAM의 비교 SRAM(Static RAM) 정적인 램으로, 전원이 공급되지 않아도 기억된 내용이 사라지지 않는 RAM 가격이 비싸고, 용량이 적으나 속도가 빨라 캐시(cache) 메모리 등에 이용 DRAM(Dynamic RAM) 구조는 단순하지만 가격이 저렴하고 집적도가 높아 PC의 메모리로 이용 휘발성 메모리이므로 재충전(refresh) 시간이 필요 구분 SRAM DRAM 구조 복잡 단순 가격 비쌈 저렴 소비전력 높음 낮음 재충전 여부 불필요 필요 집적도 접근 속도 빠름 느림 용도 캐시메모리 PC의 주기억 장치

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 기억장치(3) 캐쉬 메모리(Cache Memory) 중앙처리장치와 주기억장치의 속도 차이로 인한 성능의 저하를 방지 하는 방법 캐시는 중앙처리장치 내에 인접한 곳에 위치 캐시는 주기억장치보다 10배 이상 빠르기 때문에 자주 사용하는 명령 이나 데이터를 이곳에 두면 처리를 보다 고속화 할 수 있음 캐쉬는 자신의 매우 빠른 기억장치 내에 자주 사용하 는 데이터나 명령들을 저장 하여 처리속도를 높인다.

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 기억장치(4) 보조기억장치 주기억 장치의 단점 보완 전원을 공급하지 않으면 기억할 수 없음 가격이 고가임 하드 디스크(가장 많이 사용) 등 다양한 종류가 존재 S-ATA 하드디스크 외장 하드디스크 외장 CD-ROM 드라이브 USB 메모리

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 입력장치 입력장치 컴퓨터 내에서 처리하고자 하는 자료를 입력 받기 위한 장치 키보드 스캐너 마이크 마우스 태블릿 바코드 리더

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 출력장치(1) 출력장치 모니터 그래픽 카드 컴퓨터 내부에서 처리된 내용을 출력하기 위한 장치 대표적인 출력장치 텍스트 모드 : 보통 한 화면에 가로 80칸과 세로 25줄을 나타냄 그래픽 모드 : 화면에 픽셀(Pixel)이라 부르는 수많은 점들로 그림을 그리는 모드 그래픽 카드 모니터는 그래픽 카드에 따라 결정 모니터의 해상도 결정 MDA, HGC, CGA, EGA, VGA, SVGA LCD 모니터 CRT 모니터 그래픽 카드

출력할 내용이 자화 현상을 드럼의 표면에 표시되어 여기에 토너 가루가 부착되어 종이에 찍은 후, 고열의 롤러로 종이에 흡착 2.2 컴퓨터 하드웨어 – 출력장치(2) 프린터 대표적인 출력장치 도드-매트릭스 프린터, 잉크젯 프린터, 레이저 프린터 잉크젯 프린터 - 작은 구멍(노즐)을 통해 잉크를 분사 레이저 프린터 출력할 내용이 자화 현상을 드럼의 표면에 표시되어 여기에 토너 가루가 부착되어 종이에 찍은 후, 고열의 롤러로 종이에 흡착

2.2 컴퓨터 하드웨어 – 출력장치(3) 그밖의 출력장치 플로터 스피커 빔프로젝터