1장. 컴퓨터 구조 다루는 내용 컴퓨터의 구성장치와 기본구조 정보의 표현과 저장 컴퓨터 구조의 발전과정 컴퓨터의 분류

Section 01 컴퓨터 구성 장치와 기본 구조 컴퓨터의 구성 [그림 1-1] 컴퓨터의 구성

중앙 처리장치(CPU : Central Processing Unit) 하드웨어 중앙 처리장치(CPU : Central Processing Unit) 컴퓨터 시스템 전체를 제어 산술·논리 연산장치와 제어장치, 레지스터로 구성 [그림 1-2] 중앙처리장치의 종류

산술·논리 연산장치(ALU : Arithmetic Logic Unit) 중앙처리 장치(CPU) 산술·논리 연산장치(ALU : Arithmetic Logic Unit) 사칙 연산을 수행하는 산술 연산(Arithmetic Operation)과 참과 거짓을 판별하는 논리 연산(Logic Operation)을 수행 제어장치(Control) CPU 내부에서 일어나는 모든 작업을 통제하고 관리 적절한 순서로 명령을 꺼내고 명령을 해석하여 그 해석에 따라 컴퓨터 시스템의 적절한 부분으로 제어신호를 전달 레지스터 CPU내의 임시 저장장치

기억장치(Memory Device) [그림 1-3] 기억장치의 계층 구조

수행 프로그램과 수행에 필요한 데이터를 기억하고 있는 장치 비교적 CPU에 접근 속도가 빠르며 많은 용량을 기억 주기억장치 수행 프로그램과 수행에 필요한 데이터를 기억하고 있는 장치 비교적 CPU에 접근 속도가 빠르며 많은 용량을 기억 RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory)이 주로 사용 [그림 1-4] 주기억 장치

중앙 처리장치와 직접 정보를 교환할 수 없기 때문에 주 기억장치로 옮겨진 후 처리 보조기억 장치 외부 기억장치 반영구적으로 데이터를 저장하고 보존 중앙 처리장치와 직접 정보를 교환할 수 없기 때문에 주 기억장치로 옮겨진 후 처리 주억장치에 비해 가격은 저렴하고 저장 용량 또한 크지만 속도가 느린 단점 자기 테이프, 자기 디스크, 자기 드럼, 플로피 디스크, CD-ROM, DVD, Flash Memory, 광 디스크 [그림 1-5] 여러 가지 보조 기억 장치(HDD, DVD, CD)

입력장치와 출력장치 입력장치(Input Device) 출력장치(Output Device) 컴퓨터 프로그램과 데이터를 읽어 들이는 역할 출력장치(Output Device) 컴퓨터 내부에서 처리된 결과를 사용자가 보거나 들을 수 있도록 하는 역할 [그림 1-6] 다양한 입력장치 (마우스, 키보드, 스캐너, 조이스틱) [그림 1-7] 출력 장치(모니터, 프린터)

정보의 이동 방향과 정보처리의 종류를 지정하고 그러한 동작들이 일어나는 시간을 지정하는 명령들의 집합 소프트웨어(Software) 정보의 이동 방향과 정보처리의 종류를 지정하고 그러한 동작들이 일어나는 시간을 지정하는 명령들의 집합 시스템 소프트웨어(System Software) 컴퓨터를 효율적으로 사용하기 위해 만들어진 소프트웨어 컴퓨터 시스템을 제어하고 운영하는 프로그램 응용 소프트웨어(Application Software) 특정한 응용 분야에 사용하기 위해 개발된 프로그램

Section 02 정보의 표현과 저장 컴퓨터에서 정보의 표현 2진수로 자료를 표현: 0, 1 2진수로 자료를 표현: 0, 1 데이터 1비트를 기본으로 0, 1 두 개의 숫자를 표시 비트당 사용 가능한 2진수의 조합은 2n 만큼의 조합을 가질 수 있다. 여기서 n은 비트의 수를 말한다. 예: 23 = ? , 28 = ?, 216 =? 210 = 220 = 230 = 비트 수가 늘어 나면 정보의 양이 많아 지지만 그만큼 저장해야 할 데이터의 양도 증가 [표 1-1] 비트당 사용 가능한 2진수의 조합 Bit 수 사용 가능한 2진수 조합 1 2 4 3 8 16 5 32 6 64 7 128

진법의 표기 방법 [표 1-2] 각 진법의 표기 방법 10진법 2진법 8진법 16진법 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 10 9 1001 11 1010 12 A 1011 13 B 1100 14 C 1101 15 D 1110 16 E 1111 17 F

수의 진법 10진법(Decimal notation) 2진법(Binary notation) 0~9사이의 10개의 숫자를 사용하여 정보를 표현 10진수 128의 표현: 128 = 1×102 + 2×101 + 8×100 2진법(Binary notation) 0, 1만 사용하여 정보를 표현 2진수 (1101)2 : (1101)2 = 1×23 + 1×22 + 0×21 + 1×20 23 에 있는 값을 MSB(Most Significant Bit) 20 위치에 있는 값을 LSB(Least Significant Bit) [표 1-3] 10진수의 128 표현 105 104 103 102 101 100 1 2 8 [표 1-4] 2진수 (1101)2의 표현 25 24 23 22 21 20 1

16진법(Hexadecimal notation) 수의 진법 8진법(Octal notation) 0~7까지의 8가지 숫자를 사용하여 정보를 표현 8진수 (27)8 :(27)8 = 2×81+7×80 16진법(Hexadecimal notation) 0~9까지의 10가지 숫자와 A,B,C,D,E,F의 여섯 가지 문자를 사용하여 정보를 표현 16진수 (12FF)16 : (12FF)16 = 1×163 + 2×162+F×161+ F×160 여기서 F는 10진수의 15에 해당 [표 1-5] 8진수 (27)8의 표현 85 84 83 82 81 80 2 7 [표 1-6] 16진수 (12FF)16의 표현 165 164 163 162 161 160 1 2 F

간단한 진법 변환 10진수 → 2진수 변환 방법 1) 연속적인 2의 나눗셈과 나머지 방법 2) 128 --- 0 64 32 16 8 4 1 10진수 → 2진수 변환 방법 1) 연속적인 2의 나눗셈과 나머지 10진수 128을 2진수로 변환하는 과정 방법 2) 10n+2 + 10n+1 + 10n로 표현되는 수체계를 2n+2 + 2n+1 + 2n로 표현되는 수체계로 변환 27 26 25 24 23 22 21 20 128 64 32 16 8 4 2 1 128(10) 65(10) 38(10)

간단한 진법 변환 2진수 → 10진수 변환 10진수 → 2진수로 변환하는 과정의 역과정 27 26 25 24 23 22 21 20 10진수 128 64 32 16 8 4 2 1 65 38

Section 03 컴퓨터 구조의 발전과정 1세대 컴퓨터 2세대 컴퓨터 3세대 컴퓨터 4세대 컴퓨터 5세대 컴퓨터 하드웨어 [표 1-7] 컴퓨터의 각 세대별 발전 과정 1세대 컴퓨터 2세대 컴퓨터 3세대 컴퓨터 4세대 컴퓨터 5세대 컴퓨터 하드웨어 특징 진공관 트랜지스터 집적회로 LSI VLSI 소프트웨어특징 일괄처리 다중 프로그래밍 및 온라인 실시간 처리 시분할 처리 인공지능 전문가 시스템 병렬처리 자연언어처리

ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) 1세대 컴퓨터 진공관을 이용하여 제작된 컴퓨터 크기가 매우 크며, 열 발생량이 많고 전력소모가 크다 기계어, 어셈블리어 사용 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) UNIAC(Universal Automatic Computer) 폰노이만(Von Neumann) 프로그램 내장의 개념 프로그램이 데이터와 함께 기억 장치에 저장 컴퓨터는 기억장치에 내장된 명령들을 읽어 수행

FORTRAN, ALGOL, COBOL등의 언어가 사용 운영체제의 개발이 이루어지며, 다중 프로그래밍이 가능 2세대 컴퓨터 진공관을 트랜지스터로 대체한 컴퓨터 기억 용량이 증대되었고, 연산의 속도가 빨라지고, 크기를 작게 하고, 열 발산과 전력 소모를 줄인 컴퓨터 FORTRAN, ALGOL, COBOL등의 언어가 사용 운영체제의 개발이 이루어지며, 다중 프로그래밍이 가능

집적회로(Integrated Circuit)를 사용한 컴퓨터 소프트웨어 산업이 비중이 증가 3세대 컴퓨터 집적회로(Integrated Circuit)를 사용한 컴퓨터 저렴한 가격과 컴퓨터의 소형화 소프트웨어 산업이 비중이 증가 시분할 처리를 통하여 멀티 프로그래밍을 지원 캐쉬 메모리 IBM 360 시리즈, UNIVAC 9000 시리즈, PDP-11

고밀도 집적회로(LSI : Large Scale Integrated Circuit)을 기본소자로 하여 개발 4세대 컴퓨터 고밀도 집적회로(LSI : Large Scale Integrated Circuit)을 기본소자로 하여 개발 소형화와 저렴한 가격 개인 컴퓨터(PC : Personal Computer)의 대중화 기존 시스템에 비해 빠른 처리속도(ps : 10-12) IBM 4300, 3030 모델

초고밀도 집적회로(VLSI : Very Large Scale Integrated Circuit)을 기본소자 5세대 컴퓨터 초고밀도 집적회로(VLSI : Very Large Scale Integrated Circuit)을 기본소자 경영정보, 지식정보 시스템, 인공지능 신경망, 퍼지, 멀티미디어 가상현실을 목표 인터페이스를 좀더 인간에 편리하도록 구현 GUI(Graphic User Interface) 환경, 자동 번역시스템, 음성인식 응용시스템 다중 프로세서를 사용한 병렬처리 컴퓨터 시스템 새로운 소자의 개발과 인공 지능의 연구

Section 04 컴퓨터의 분류 처리 성능과 규모에 따른 분류 [그림 1-9] 처리 성능 및 규모에 따른 분류

처리 성능과 규모에 따른 분류 마이크로 컴퓨터(퍼스널 컴퓨터) 미니 컴퓨터 가정용이나 작은 사업의 용도로 가격이 저렴하고 크기가 작다. Word 길이에 따라 구분하며, 숫자가 클수록 처리 속도가 빠르다. 미니 컴퓨터 마이크로 컴퓨터와 슈퍼 컴퓨터 사이에 해당 대용량의 주기억장치와 보조 기억장치 다수의 사용자들이 한 컴퓨터를 사용할 수 있고 빠른 주변 장치로 구성 중소기업, 학교, 연구소들에서 주로 사용된다.

메인 프레임 컴퓨터(Mainframe Computer) 처리 성능과 규모에 따른 분류 메인 프레임 컴퓨터(Mainframe Computer) 대용량의 저장 장치를 보유하여 다중 입출력 채널을 이용한 고속의 입출력 처리 능력을 보유 은행, 보험, 병원 업무 등의 분야에서, 대규모 데이터 베이스 저장 및 관리 용으로 사용 슈퍼 컴퓨터 복잡한 계산을 초고속으로 처리하는 초대형 컴퓨터로 가장 빠르고 비싼 컴퓨터이다. 강력한 병렬 처리를 지원하는 소프트웨어로 구성 원자력 개발, 항공우주, 기상 예측 등에서 사용

파이프라인 슈퍼 컴퓨터(Pipeline supercomputer) 구조에 따른 분류 파이프라인 슈퍼 컴퓨터(Pipeline supercomputer) 하나의 CPU 내에 다수의 연산 장치를 포함 각 연산 장치는 고도의 파이프 라이닝 구조를 이용하여 고속 벡터 계산이 가능 대규모 병렬 컴퓨터(massively parallel computer) 하나의 시스템 내에 상호 연결된 수백 혹은 수천 개 이상의 프로세스들을 포함 프로세서들이 하나의 큰 작업을 나누어서 병렬로 처리하는 구조