2007년 1학기 전산학개론 성신여자대학교 컴퓨터정보학부 3. 컴퓨터의 구조 2007년 1학기 전산학개론 성신여자대학교 컴퓨터정보학부

컴퓨터의 구성 (1장) 컴퓨터의 구성 = 하드웨어 + 소프트웨어 하드웨어 소프트웨어 - 전자 회로 및 기계 장치 - 입출력 장치, 중앙처리장치, 저장 장치 - 버스(Bus): 구성 요소들을 연결하는 데이터의 통로 - 하드웨어를 제어하여 작업을 수행하는 명령문과 데이터로 구성 - 사람이 이해하기 쉬운 고급 언어(C, Java, …)로 작성 고급언어  기계어로 번역 (by 컴파일러)

컴퓨터의 기본 구성 요소 입력장치 컴퓨터가 처리할 수 있는 형태로 데이터나 명령을 받아 들이는 역할을 수행 프로세서 중앙 처리 장치(CPU: Central Processing Unit) 실제적으로 컴퓨터 명령어들을 수행 출력장치 (처리된 데이터를) 사람이 이해할 수 있는 형태로 출력

컴퓨터의 기본 구성 요소 저장장치 데이터나 프로그램을 보관하기 위한 디스크 등의 수단 주 기억장치를 보조  보조 기억장치 데이터나 프로그램을 보관하기 위한 디스크 등의 수단 주 기억장치를 보조  보조 기억장치 (메모리  일차 기억장치) 입출력 장치, 보조 기억 장치, 멀티미디어 장치  주변 장치 (peripheral equipment)

입력 장치 기능 타이핑(typing): 키보드 포인팅(pointing): 마우스 스캐닝(scanning): 스캐너 레이저 광선을 이용하여 문서, 기호, 사진 등의 인쇄물을 직접 읽어 들임 Barcode reader, (flatbed) scanner

입력 장치 단말기(terminal) 입력장치 + 출력장치 + 서버 연결 장치 Server a computer that provides services to other computers (clients), or the software that runs on it also like the internet sites like Google and Yahoo

키보드 문자, 숫자, 특수문자 및 여러 가지 제어용 키들이 함께 있는 입력장치 문자 키 : 키에 해당되는 신호가 컴퓨터에 전달됨과 동시에 그 문자가 화면에 나타나게 됨 제어용 키 : 그 키에 미리 부여된 제어 기능이 컴퓨터로 전달되어 동작하게 됨

마우스 컴퓨터로 자료를 전달하는 입력장치 위치나 방향을 가리키는 좌표를 입력하는데 사용됨

마더보드(Motherboard or Mainboard) 컴퓨터 주요 하드웨어들이 부착되어 있는 보드

프로세서 기능 프로그램을 실행 입력, 출력, 저장 장치 제어 중앙 처리 장치 (Central Processing Unit, CPU)

CPU의 구성 ALU + CU + Register 산술, 논리 연산 장치 (Arithmetic/Logic Unit, ALU) 제어 장치 (Control Unit, CU) 프로그램에 따라 명령과 제어 신호를 생성 정보와 데이터의 흐름을 결정하고, 각종 장치의 동작을 제어 임시 기억 장소 (Register) CPU에서 사용하는 데이터를 일시적으로 저장 보통 30개 정도를 번호를 붙여 사용

폰 노이만 구조 (revisit) CPU

프로그램에 의한 중앙 처리 장치 동작 과정 CPU 레지스터 R1 제어신호 R2 R3 ADD R4 R5 R6 R7 데이터값 주변장치 주기억장치의 명령어 CPU ADD R2, R3, R5 레지스터 R1 제어장치(CU) 제어신호 R2 R3 ADD R4 R5 산술논리연산장치(ALU) R6 R7 데이터값

클럭 (Clock) 시계추의 진동에 해당 중앙 처리 장치(그리고 주변 장치)가 작업을 수행하는 단위 같은 종류의 CPU라면 초당 클럭 수가 많을 수록 속도가 빨라짐 명령 읽기 해독 데이터 계산 수행 결과 저장

컴퓨터의 성능 및 용량 정보처리 성능 8-비트 Machine: 동시에 1바이트(8비트) 처리 처리 속도 MHz / GHz 초당 처리되는 machine cycle의 수 MIPS (Million Instruction Per Second) Intel Core 2 Duo X6800: 27,079 MIPS MFLOPS (Million Floating-point Operation Per Second) Intel Pentium: around 10 GFLOPS IBM Cell (PS3): ~200 GFLOPS

컴퓨터의 성능 및 용량 기억용량 KB 1 kilobytes = 210 bytes = 1024 bytes 640KB = 640 x 1024 = 655360 bytes MB 1 megabytes = 1024 x 1024 bytes GB 1 gigabytes = 1024 MB - Kilo  Mega  Giga  Tera  Peta  Exa  Zetta  Yotta

메모리 주 기억 장치, 일차 기억 장치 프로그램과 데이터는 메모리에 저장이 되어 있어야 프로세서에 의해 처리될 수 있음. 기억용량 주기억장치가 기억할 수 있는 자료의 양 보통 512MB – 1GB 램(RAM): 전원이 공급되어 정상적으로 동작 중일 때만 기억 기능 수행

주 기억 장치 프로그램 실행을 위한 정보에 비해 레지스터 용량 작음 정보를 저장해 두었다가 필요할 때 읽어 들이는 저장소  프로그램(명령어와 데이터)를 저장 자료의 위치 지정  주소(address) 8/16/32/64비트 단위로 읽고 씀  워드(word) 접근 시간(access time) 정보를 읽고 쓰는데 걸리는 시간 주 기억 장치의 종류  RAM + ROM

주 기억 장치의 종류 (RAM) 전원이 끊어지면 내용이 지워진다 보조 저장 장치가 반드시 필요함 CPU에서 직접 접근이 가능한 유일한 저장 장치 (비교: 하드 디스크)

주 기억 장치의 종류 (RAM) SRAM (Static RAM) 리프레쉬(refresh)가 필요 없음 충전된 전하를 정기적으로 재충전 저전력, 고비용 Cache 메모리에 사용 ( 뒤에 설명) DRAM (Dynamic RAM) 리프레쉬(refresh)가 필요 SRAM에 비해 저가 SDRAM (Synchronous DRAM), DDR (Double Data Rate) SDRAM, RDRAM (Rambus DRAM)

주 기억 장치의 종류 (ROM) 대부분 읽을 수만 있는 장치 전원이 끊겨도 내용이 보존됨 컴퓨터가 처음 켜질 때 (부팅) 자동으로 수행되는 명령어들을 저장 PROM (Programmable ROM) 한번만 프로그램 가능 EPROM (Erasable PROM) 내용 변경 가능

캐시 메모리 (Cache Memory) 레지스터 Cache memory 주기억장치 보조 기억 장치 고속, 저용량 레지스터 Cache memory 주기억장치 보조 기억 장치 저비용 자주 사용되는 내용을 일시적으로 저장하여 프로그램 실행 속도를 빠르게 하는 용도 현재 CPU: 주로 L1, L2 cache로 구성

출력 장치 모니터 CRT LCD 프린터 레이저 프린터 잉크젯 프린터

모니터 컴퓨터에서 나오는 글자, 그림 등의 결과를 화면에 보여주는 장치 크기: 인치단위로 나타냄 해상도(resolution) 화면에 나타나는 그림, 글자의 선명도를 결정 가로, 세로로 각각 몇 개의 점(pixel)을 나타낼 수 있는 가를 의미  예) 1280×1024 실제 화면의 해상도  모니터 + 비디오 카드에 의해서 결정됨

비디오카드 주기억장치에서 만들어진 글자나 그림을 모니터에 나타내기 위한 전자신호로 변환하는 카드 카드의 종류에 따라 최대 해상도, 재생주기, 색상 수가 결정됨 비디오 메모리 비디오 카드가 가지고 있는 자체 기억장치 모니터에 나타낼 자료를 미리 만드는데 사용됨 최소한 4MB가 있어야 1600만 색상(24비트)을 1280 ×1024의 해상도로 표현 가능

프린터 컴퓨터에서 나오는 결과를 종이 위에 인쇄하는 장치 해상도: DPI(1200 DPI, 600 DPI) 내용물의 색상: 흑백, 컬러 인쇄방식: 레이저, 잉크젯, 도트 매트릭스

보조 기억 장치 보조 기억 장치 프로그램/자료를 (반)영구적으로 기억할 수 있는 장치 주기억장치에 비해 저속, 그러나 대용량 기억 현재 사용하지 않는 프로그램은 보조 기억 장치에 저장 작업이 수행될 때, 보조 기억 장치에서 주 기억 장치로 정보를 이동함 (program loading) 보조 기억 장치의 종류 자기 디스크 (FDD, HDD) CD, DVD

자기 디스크 원반 표면의 철 입자의 방향 (N/S)으로 0/1을 표현 디스크 드라이브 자기 디스크로부터 데이터를 읽는 주변 장치 FDD, HDD

FDD (Floppy Disk Drive) 디스켓이라고 줄여서 지칭 두 종류의 크기 3.5인치: 1.44MB 5.25인치: 1.2MB 장점: 가격이 저렴하고 이동이 간편 단점: 보조기억장치 중 읽고 쓰는 속도가 느림 3.5인치 디스켓 5.25인치 디스켓

HDD (Hard Disk Drive) 여러 장의 원형 금속판에 magnetic 성분을 입혀 놓은 보조 기억장치 장점: 속도가 빠르고 기억 용량이 크다 단점: 이동이 힘들다

하드 디스크의 구성 arm, head, disk dust on the disk 담뱃재 먼지 지문 머리카락

CD-ROM / DVD-ROM CD-ROM (Compact-Disk, Read-Only Memory) 약 650+ MB의 용량 DVD-ROM (Digital Video Disk, Read Only Memory) 4.7~8.5GB의 저장 용량 차세대 광 디스크 HD DVD: 15~30GB Blu-ray Disc: 25~50GB

버스 (BUS) 버스의 구성 예 CPU I/O MEM CPU I/O MEM 데이터의 통로 역할을 함 칩 내부의 연결 통로 칩 외부의 연결 통로 버스의 폭*)은 ALU, Register의 워드 단위와 일치함 *) 동시에 보낼 수 있는 비트 수