제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

목차 1. 컴퓨터 시스템의 기본구조 2. 중앙처리 장치 3. 명령어 4. 기억장치 5. 속도와 성능 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조 하드웨어 : 전자회로와 그 밖의 물리적인 장치로 이루어짐 컴퓨터 시스템 소프트웨어 : 하드웨어를 활용할 수 있는 기본적인 프로그램과 기술 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조 컴퓨터의 내부 구조 컴퓨터의 구성 요소를 보여주는 것으로 중앙처리 장치를 중심으로 한 자료 신호와 명령 신호를 나타냄 cf. ALU: Arithmetic Logic Unit 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조 컴퓨터 시스템의 구성 요소 하드웨어(Hardware) 펌웨어(Firmware) 시스템 소프트웨어 : 컴퓨터를 효율적으로 운영하여 제어하기 위한 프로그램 -> 운영체제 소프트웨어 (Software) 응용 소프트웨어 : 특정 분야의 업무를 처리하기 위한 프로그램 -> 한글, 엑셀 등 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

시스템 소프트웨어 3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조 사용자가 복잡한 컴퓨터 하드웨어를 모르고서도 유용하게 사용할 수 있도 록 도와주는 프로그램 컴퓨터를 작동시키고 다루기 위한 프로그램 사용자가 컴퓨터와 대화할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공함 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조 디바이스 드라이버(Device Driver) 펌웨어(Firmware) p.109 하드웨어와 운영 체제의 중간에 위치하여 장치를 동작시키는 일을 함 우리말로 ‘장치 구동기’라고도 함 펌웨어(Firmware) p.109 시스템의 효율을 높이기 위한 ROM에 들어 있는 기본 프로그램 ROM에 고정되어 있기 때문에 하드웨어의 특성도 가지고 있지만 실제로는 소프트웨어에 더 가까움 소프트웨어를 하드웨어화 시킨 것으로 소프트웨어와 하드웨어의 중간에 해당함 전형적인 처리루틴, 비휘발성, 변경불가 등의 특징으로 특수한 영역에서 많이 사용됨 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

마이크로 프로세서(Micro Processor) 3.2 중앙처리 장치 마이크로 프로세서(Micro Processor) 중앙처리 장치를 한 개의 칩으로 구현한 것 연산 장치(ALU), 제어 장치(CU), 레지스터 등으로 구성 비트 수가 클수록 성능이 좋음 연산과 제어기능이 있기 때문에 소형 컴퓨터, 전자 제품 등에 사용됨 인텔 펜티엄 프로세서 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

중앙처리 장치(CPU)의 구성 3.2 중앙처리 장치 연산 장치(ALU)와 제어 장치(CU)로 구성됨 연산장치 : 자료를 처리하고 계산하는 장치 산술연산 : 사칙연산 논리연산 : 논리합(OR), 논리곱(AND), 논리부정(NOT) 연산 장치와 다른 장치와의 관계 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.2 중앙처리 장치 제어장치 : 프로그램에 의해 주어지는 연산의 순서를 차례대로 실행하기 위해 기억장치, 연산장치, 입출력 장치에 제어신호 발생함 이들 장치로부터 신호를 받아 다음에 처리할 작업들을 제어하는 역할 프로그램 제어 (1) 페치 단계(fetch cycle) : 기억 장치의 명령어를 호출하여 명령어 레지스터에 저장하는 단계 (2) 실행 단계(execution cycle) : 명령어를 해독하여 실행하는 과정 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.3 명령어 명령어 사이클: 한 개의 명령어가 실행되는 시간 명령어 페치 : 주기억 장치에 기억되어 있는 프로그램 명령어를 호출하는 과정 명령어 페치 사이클 :프로그램 카운터가 지시하는 명령을 명령 레지스터에 페치함. 명령어를 해석하여 데이터에 대한 유효주소를 생성함 명령어 실행 사이클 : 데이터를 페치하고 명령어를 실행함 인터럽트 사이클 : 인터럽트가 발생하면 위의 두 사이클을 마친 후 인터럽트를 처리함 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.3 명령어 명령어의 실행 과정 레지스터 : 실행의 중간 결과나 적은 양의 자료를 임시로 저장하는 플립플롭(flip-flop)으로 구성되어 있고 중앙처리 장치 내의 임시 기억 장치임 레지스터의 종류 p.115 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

OP 주소 1 주소 2 주소 3 OP 주소 1 주소 2 OP 주소 1 OP 3.3 명령어 3, 2, 1, 0 – 주소 명령어 형식 비교 명령어를 처리 하는 방식은 주소의 수에 따라 3/2/1/0 주소방식이 있음 여기서 OP(Operation)은 ADD, SUB, MUL, DIV 같은 연산을 의미함 0-주소 방식은 스택(Stack)을 사용하는 컴퓨터에서 사용됨 OP 주소 1 주소 2 주소 3 3-주소 명령어 형식 OP 주소 1 주소 2 2-주소 명령어 형식 OP 주소 1 1-주소 명령어 형식 OP 0-주소 명령어 형식 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.3 명령어 각각의 명령어는 다음과 같음 식 X=B*(C+D*E-F/G))이 4가지 주소 형식에 의해 나타나는 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

기억 장치 : 3.4 기억 장치 프로그램, 처리할 데이터, 처리된 결과 등을 저장하는 장치 기능: 컴퓨터에서 사용하는 모든 프로그램이나 데이터를 기억시켜 두고 필요할 때에 이용함 분류: 기억 장치는 처리 속도와 사용 속도, 용도, 용량에 따라 주기억 장치, 보조기억 장치, 레지스터,캐쉬 등으로 나눠짐 구조: 계층적 구조를 가지고 있으며 계층이 높을수록 기억 장치 속도가 증가하고 비트 당 기억 장치의 비용이 증가하며 기억용량이 감소함 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 기억 장치의 분류 기억장치의 계층 구조는 기억장치를 효율적으로 배치하여 CPU의 처리속도와 I/O 속도의 차이를 해소하기 위한 전략임 기억 장치의 계층 구조 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 기억장치의 종류와 특징 캐시(cache): CPU와 M/M간의 속도 차이를 극복하기 위한 고속의 메모리; M/M에 있는 내용 중 자주 사용되는 것을 캐시에 미리 복사해 두어 요구될 때 CPU로 이동; 정적 RAM으로 구성 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 주기억 장치 기억 매체 p.119-120 초기의 기억 소자는 자기코어를 사용하였음 지금은 대부분 고집적도의 반도체를 사용함 중앙처리 장치와 직접 자료를 교환할 수 있는 기억 장치 프로그램 수행에 필요한 기본적인 명령어와 데이터를 기억함 순간적으로 내용을 찾고 저장할 수 있는 임의 접근 기억 장치 기억 매체 p.119-120 초창기 진공관 자기 코어 자성물질 링 (페라이트 코어) 1970년대 초 트랜지스터를 집적한 반도체 현재 반도체기억소자 ROM, RAM 조셉슨 소자 VRAM 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 주기억 장치의 구성 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 주기억 장치의 종류와 특성 ROM 비휘발성: 전원 공급이 중단되어도 기억된 내용이 소멸되지 않음 기억된 내용은 자유롭게 읽을 수 있지만 데이터를 임의로 기억시킬 수 없음 종류 : Mask ROM, PROM, EPROM RAM 휘발성: 전원 공급이 중단되면 기억된 내용이 소멸됨 기억된 내용을 자유롭게 읽을 수 있고 데이터를 임의로 기억시킬 수 있음 종류 : 정적 RAM(SRAM), 동적 RAM(DRAM), VRAM 주기억 장치 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 RAM SRAM(Static RAM) 전원이 공급되는 한 내용이 기억되며, RAM으로서 복잡한 재생 클럭이 필요 없고 속도는 빠르지만 가격이 비싸 작은 용량의 메모리에 사용 VRAM(Video RAM) VGA 카드와 같은 비디오 회로에 사용하기 위해 설계된 칩 p.120 DRAM(Dynamic RAM) 기억된 자료를 유지하기 위한 refresh pulse를 항상 공급해야 하 며, 가격이 싸 대용량에 적합하고, PC의 대부분의 RAM은 이 방식을 사용함; DRAM이 SRAM보다 집적도, 소비전력, 가격면에서 우위 속도순: SRAM > VRAM > DRAM 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 보조기억 장치 주기억 장치의 제한된 용량을 지원하는 장치로서 중/대형 컴퓨터에서는 자기디스크, 자기 테이프 등을 쓰며, 개인용 컴퓨터는 플로피디스크, 하드디스크 CD, DVD 등을 주로 쓰고 있음 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

개인용 컴퓨터의 보조 기억 장치 3.4 기억 장치 cf. 멀티미디어개론 3장 멀티미디어의 플랫폼 플로피 디스크 : 보통 Diskette 이라 함 하드 디스크 : 가장 많이 쓰이고 있으며 가격대비 성능이 가장 우수함 CD-ROM : 멀티미디어 시대의 필수적 저장 매체로서 용량/가격 비율이 가장 저렴함, 읽을 수만 있으며 1, 2, 4 배속 등의 속도로 발전함[1x = 150 Kbyte/sec & 200~530RPM] CD-RW : 기존의 읽기 전용 기능에 쓰기 기능이 가능한 매체임 cf. 멀티미디어개론 3장 멀티미디어의 플랫폼 하드 디스크 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.4 기억 장치 USB flash drive : USB 포트에 꽂아 쓰는 플래시 메모리를 이용한 이동이 편리한 저장 장치 크기가 작아 휴대하기도 매우 간편함 보안용 암호장치가 있어 자료를 안전하게 보관할 수 있음 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.5 속도와 성능 CPU의 처리속도 대표적인 CPU의 속도 지표는 Hz(Hertz)와 IPC(Instruction Per Clock)임 Hz는 클럭 신호의 주파수를 표시 IPC는 클럭당 처리할 수 있는 명령어 처리수 CPU의 변천사 p.129, p.130 Intel 계열 PC 발전의 역사라고 할 수 있으며 8088에서 Pentium IV까지 생산 X86 계열 원래는 인텔 계열의 CPU를 지칭했으나, 최근에는 오히려 비인텔 계열의 Intel 호환 CPU를 지칭함. 대표적인 제품군으로 AMD K5,K6 와 Cyrix 5x86,6x86 등 Motorola 계열 68XXX 계열 프로세서로 불리며 68000,68010,68020 등의 제품군을 가지며, RISC 방식이며 인텔과의 호환성은 없음. Power PC로 명칭을 바꾸며 애플과 IBM사와 합작으로 제조를 시작했으며, 애플컴퓨터에 쓰이고, 최근에는 명칭을 G3, G4로도 부름 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

데이터 전송방법 3.5 속도와 성능 컴퓨터에서 데이터 전송은 버스(BUS)를 통하여 이루어짐 16/32비트는 각각 16/32 차선의 고속도로로 생각할 수 있음 예) 데이터 전송 폭이 32비트인 33MHz의 PCI는 32비트 => 4BYTE * 33,000,000 = 132,000,000B/sec의 속도를 가짐 버스의 종류 ISA(Industrial System Architecture), EISA(Enhanced ISA), Vesa Local Bus, AGP(Accelerated Graphics Port) PCI(Peripheral Component Interconnect) 등 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조

3.5 속도와 성능 BUS 제 3장 컴퓨터 시스템의 구조