컴퓨터 구조론 2001년 10월 22일 발표자 0141089 황영선.

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1 컴퓨터 구조론 2001년 10월 22일 발표자 황영선

2 목차 1. 컴퓨터시스템 구성  Hardware 1) 중앙처리장치 2) 기억장치 3) 주변장치(입출력장치)  Software
1) 시스템소프트웨어 2) 응용소프트웨어

3 목차 2. 컴퓨터의 분류 3. 컴퓨터의 세대별 분류 1) 데이터 표현에 따라 2) 사용 목적에 따라 3) 처리 능력에 따라
1세대 - 2세대 - 3세대 - 4세대 - 5세대

4 목차 4. 데이터의 표현 1) 수의 체계 2) 숫자의 표현 3) 자료의 외부적 표현

5 1.컴퓨터시스템의구성  Hardware – 컴퓨터을 구성하는 모든 전자 및 기계적장치
1) 중앙처리장치 (Central Processing Unit) – 인간 두뇌 해당 – 시스템 제어  제어장치 – 연산 수행  연산장치

6 1.1) 중앙처리장치 (Central Processing Unit)
 제어장치(Control Unit) - 주기억장치로부터 읽어 들인 명령을 해독 - 각 장치에 제어신호를 보내 동작 지시 Program Counter - 다음에 수행해야 할 명령 주소 Instruction Register - 현재 수행 중인 명령의 내용기억 Instruction Decoder- 명령을 해독, 각 장치에 신호를 보냄 Memory Address Register - 기억장치의 주소 기억 Memory Buffer Register - 기억장치에 입출력되는 내용 기억

7 1.1) 중앙처리장치 (Central Processing Unit)
Fetch Interrupt Execute Indirect <프로그램 실행과정> Fetch Cycle: 실행할 명령을 주기억 장치로 부터 가져오는 동작 Indirect Cycle : 간접주소인 경우 오퍼랜드가 지정한 곳으로부터 유효 주소를 읽어 들이기 위해 메모리 접근 Execute Cycle : 명령을 실행 Interrupt Cycle : Interrupt 발생시 처리

8 1.1) 중앙처리장치 (Central Processing Unit)
 연산장치(Arithmetic & Logic Unit) - 제어 장치가 지시하는 순서에 따라 연산 수행 Accumulator - 연산장치의 입출력 데이터 및 연산 결과의 일시적 기억 Data Register - 연산 될 Data 보관 Adder - Accumulator + Data Register => Accumulator Status Register - CPU에서 수행되는 연산에 관련된 여러 가지 상태정보를 기억 ex) 산술연산 후 overflow, carry, Interrupt 발생 허용

9 1.1) 중앙처리장치 (Central Processing Unit)
 산술연산부-가산기를 중심으로 구성 됨 덧셈 : 누산기누산기 +데이터 레지스터 뺄셈 : 누산기누산기 +데이터 레지스터의 보수 곱셈 : (누산기  누산기 +데이터 레지스터 ) 반복 수행 나눗셈: (누산기누산기 +데이터 레지스터의 보수) 반복 수행  논리연산부 : AND, OR, NOT, XOR 연산 수행  시프터 : 왼쪽 shift -1비트씩 왼쪽이동(빈자리0으로채움) 오른쪽 shift - 1비트씩 오른쪽이동(빈자리0으로채움) 왼쪽 rotate -1비트씩 왼쪽이동(빠져나온것을 채움) 오른쪽 rotate - 1비트씩 오른쪽이동(빠져나온것을 채움)

10 RAM(Random Access Memory)
1.2) 기억장치 - CPU가 작업을 하기위한 프로그램이나 데이터를 보관하는 장치  주기억장치 - CPU에 의해 현재 사용되는 Data 저장 ROM(Read Only Memory) RAM(Random Access Memory) 읽기만 가능 읽기/쓰기 가능 비휘발성 휘발성 Mask-ROM 자료의 변형 불가 PROM 번 변경 가능 EPROM 여러 번 변경가능 EEPROM 전기로 여러 번 변경 가능 DRAM 주기적인 재충전 필요 보통 주기억 장치에 사용 SRAM 재충전 불필요 캐쉬메모리에 사용

11 1.2) 기억장치 플래시 메모리 반도체 기억소자인 EPROM과 EEPROM의 기술을 기초로 하고 두 소자의 장점을 조합하여 개발된 플래시 EEPROM ex)노트북 컴퓨터, 디지털 카메라의 저장장치로 이용  SDRAM(Synchronous DRAM) 중앙 처리 장치(CPU)가 사용하는 주 클록을 직접 받아서 동작되는 기억 장치. 즉 CPU와 기억 장소가 동기로 진행되기 때문에 기억 장소에 접근하기 위한 대기 시간이 필요 없어 CPU에서 고속으로 기억 장소에 접근  EDORAM(Extended Data Output RAM) DRAM내부에 데이터를 임시로 저장하는 공간을 두어 반복적으로 데이터의 입출력 속도를 빠르게 한 DRAM의 개선판 . 기존의 DRAM보다 10% 속도 향상

12 1.2) 기억장치  보조기억장치  접근방식에 따라 DASD(Direct Access Storage Device)
 플로피디스크 얇은 플라스틱 원판표면에 자성체를 입혀 데이터 기록  하드디스크 알루미늄 원판에 자성체를 입혀 데이터를 기록 충격에 약함  자기드럼

13 1.2) 기억장치 SASD(Sequential Access Storage Device)  광디스크
CD-ROM -약 640MB 데이터 저장, 단면 사용 , 읽기만 가능 WORM - CD-ROM에 비해 1번 쓰기 가능 MO Disk- 여러 번 쓰기가 가능한 CD-ROM DVD - 지름 12cm으로 기존의 오디오 CD나 CD-ROM과 겉모양은 같지만 영화를 74분 저장할 수 있는 CD-ROM의 저장용량이 600MB인데 비해 최소 4.7GB로 7배가 넘어 차세대 기록매체 DVD-ROM은 영상자료를 압축하기 위해 MPEG-2를 사용한다 SASD(Sequential Access Storage Device) 자기테이프

14 1.2) 기억장치  가상기억장치(Virtual Memory)
- 주기억장치의 용량이 적음을 보완하기 위해 보조기억장치 일부를 마치 주기억 장치처럼 사용하는 기법 특징 ① 프로그램이 모두 기억장소에 적재되지 않아도 수행가능 ② 가상기억장치는 실제 주기억장치보다 큰 기억용량을 주소로 지정 가능 ③ 프로그램 실행시 CPU가 접근하는 주소(논리주소)를 주기억장치의실제주소(물리적 주소)로 매핑하는 방법을 통해 구현 구현방법- 페이징, 세그먼테이션, 페이징된 세그먼트

15 1.2) 기억장치 4KB~64KB정도크기 페이지단위로 이동되어 실행 페이징 이동된 페이지의 크기가 동일
세그멘테이션 가변크기의 블록(=세그먼트)으로 64KB~4GB나눔 프로그램을 논리적인 단위, 즉 주프로그램, 부프로그램, 자료 등에 따라 나누므로 각 세그먼트의 크기는 제각각 틀림 세그먼트단위로 이동되어 실행 페이지화 된 세그먼테이션 프로그램을 먼저 세그먼트로 나누고, 세그먼트를 다시 일정한 크기의 페이지로 나누는 방법 페이지 기법은 단편화를 해결한다는 점에서 장점이 있고, 세그먼테이션 기법은 프로그램의 공유라든가 프로그램 보호 측면에서 장점을 두 가지 장점을 혼합

16 1.3) 입력장치 - 데이터를 외부로부터 컴퓨터 내부로 읽어들여 주기억장치에 기억시키는 기능 을 수행하는 장치  종류
 키보드 -101,103,  마우스 2벌씩, 3벌씩  스캐너  OMR  광학문자 판독기(OCR) - 인쇄된 글자에 빛을 비추어 반사되는 것을 광 트랜지스터 로 만든 문자판에 비추어 어떤 모양인지 알아낸다 ex)공공요금청구서

17 1.4) 출력장치  자기 잉크 문자 판독기(MICR) -잉크에 자성 물질을 포함시켜 인쇄한 것을
자화시켜 판독하는 장치 ex)수표, 어음에 사용  바코드 판독기 - 할인마트 사용  라이트펜 -화면에서 나오는 전자빔을 인식하여 화면의 위치를 파악하거나, 빛을 화면에 직접 보내서 자료를 입력할 수 있는 기능을 가진 펜 모양의 입력장치  조이스틱- 오락기  디지타이저- CAD 사용

18 1.4) 출력장치 - 컴퓨터로 처리된 정보를 사용자가 이해할 수 있는 형태로 변환한 후 외부로 꺼내주는 기능을 수행하는 장치
모니터  CRT 형광물질이 포함된 화면에 전자총을 쏘아 문자나 도형을 표시  PDP 2매의 얇은 유리 기판 사이의 좁은 틈에 네온 등의 가스를 봉입하고, 유리의 내면에 수평 방향과 수직 방향으로 배열된 투명 전극으로 구성. 수평 전극과 수직 전극은 대전된 한 조의 전극이 만나는 점에 있는 화소(pixel)가 가스 이온화로 발광하는 원리  LCD 두 장의 얇은 유리 기판 사이의 좁은 틈에 액정을 담고 투명한 전극을 통해 전압을 가하여 분자의 배열 방향을 바꾸어 빛을 통과시키거나 반사시 키는 원리를 사용

19 1.4) 출력장치 프린터 충격식 - 도트매트릭스 프린터, 활자식 프린터
비충격식 - 잉크젯 프린터, 레이저 프린터, 감열식 프린터, 열전사식 프린터  잉크젯 프린터 가는 노즐에 잉크를 분사 시켜서 출력  레이저 프린터 복사기의 원리를 이용 레이저 빔을 감광 드럼에 비추어 문자나 그임을 인화 한 후 토너를 묻혀 인쇄  플로터-도면 출력  음성 응답 장치  COM(Computer Output Microfilm)

20 1.4) 입/출력 기능 및 제어 CPU 인터페이스 인터페이스 인터페이스 키보드 프린터
데이터 주소 제어 인터페이스 인터페이스 인터페이스 키보드 프린터 자기 디스크 I/O 버스 : 주기억장치와 입출력장치 사이에 데이터 전달 통로 I/O 인터페이스 : 입출력장치와 CPU간의 데이터 전송을 감시하고 동기화 하는 장치 I/O 제어기 : CPU나 메모리와 입출력장치들 간의 입출력 수행 제어

21 1.4) 입/출력 기능 및 제어  제어방식 1) 프로그램에 의한 방식
입출력 명령어(프로그램)이 입출력 동작을 시작, 지시 종료 시킴 ① CPU는 주변장치들이 데이터를 전송할 것인지를 판단하기 위해 플래그 상태를 점검 ② 데이터 전송 준비가 되었으면 데이터 워드를 전송 ③ CPU는 데이터 전송이 완료되었다는 신호가 올때까지 기다림 2) 인터럽트에 의한 방식 주변장치는 데이터를 전송할 준비가 되면 인터럽트를 요청 CPU는 수행중이던 작업을 중지하며, 입출력 전송을 수행 3) DMA에의한 방식 자기디스크와 같은 고속의 주변 장치와 메모리 사이의 데이터 전송시 주변 장치가 CPU를 경유하지 않고 직접 메모리 버스를 관리하도록 하는 방법

22 1.4) 입/출력 기능 및 제어  제어방식 4) 채널(Channel)에 의한 방식
입출력장치와 메모리 사이의 데이터 전송을 담당하는 채널둠 CPU 간섭없이 입출력 동작을 수행하도록 지시하고, 작업이 끝나면 CPU에게 인터럽트로 알림 • 설렉터 채널 고속의 입출력장치(디스크,테이프) 관리 어떤 시점에서 한장치와 블록단위 데이터 전송 • 멀티플렉서 채널 여러 개의 저속 입출력장치를 관리 바이트 단위로 전송 • 블록멀티플렉서채널 - 위의 두가지 채널을 조합해서 구성한 것으로 블록단위로 자료를 전송

23 2. 소프트웨어 - 컴퓨터를 운영하기 위해 필요한 명령어들의 집합 SupervisorProgram 제어 프로그램
시스템의 전반적인 동작 상태 지시, 감독 제어 프로그램 작업관리 Program Job Scheduling System S/W 데이터 관리Program File 저장, file 입출력관리 원시프로그램  기계어 언어번역 프로그램 처리 프로그램 컴파일러, 인터프리터, 어셈블러 등 문제처리 프로그램 S/W 서비스 프로그램 연계편집프로그램, 분류/조합프로그램 유틸리티 프로그램 응용 S/W 패키지 프로그램 사용자 프로그램

24 3. 컴퓨터의 분류  데이터 표현 디지탈 아날로그 숫자 및 문자 등의 부호 입력형식 각도,온도, 압력등 연속적인 물리량
곡석 및 그래프 출력형식 연산 산술 및 논리연산 산술 및 미적분 회로 논리회로 증폭회로 프로그램 필요 불필요 유효숫자 필요한 자릿수 만큼 소수점이하 세자리까지 대상 범용 컴퓨터 특수용 컴퓨터 하이브리드 디지털+아날로그 인공위성,항공기,미사일

25 3. 컴퓨터의 분류  사용 목적에 따라 전용 컴퓨터- 특수한 문제나 제한된 범위의 문제 해결
항공기나 선박의 조정장치, 자동공정제어, 미사일등의 제어 장치 범용 컴퓨터- 일반 사무, 관리, 교육 등 널리 사용  처리 능력 및 기억 용량에 따라 Super Computer - 자원 탐사, 에너지 관리, 핵분열. 암호 해독 등 과학기술 ex)ILLIAC-IV, STAR-100, CRAY시리즈 MainFrame 대기업, 은행등 온라인 실시간 업부에 적합 ex)IBM360계열 Mini Computer 소규모 기업,학교 연구소 ex)DEC사의 PDP-8, PDP-1, VAX계열 Workstation 그래픽, MIDI, 멀티미디어 제작용으로 사용되거나 네트워크망 에서 주로 서버 역할 Micro Computer - 일반 개인용 PC

26 3. 컴퓨터의 세대별 분류 1세대 2세대 3세대 4세대 5세대 진공관 트랜지스터 IC LSI, VLSI 조셉슨소자,ULSI
(~50후반) 2세대 (50년대후반~ 60년대중반) 3세대 (60년대후반~ 70년대중반) 4세대 (70년대후반~ 80년대중반) 5세대 (80년대후반~) 진공관 트랜지스터 IC LSI, VLSI 조셉슨소자,ULSI ms ㎲ ns ps fs 천공카드 자기테이프 저급언어 (기계어,어셈블리어) 하드웨어 중심 자기코어 자기드럼 자기디스크 고급언어 (FORTRAN, COBOL) 운영체제 등장 OMR,OCR MICR (LISP, PASCAL, BASIC) 시분할 방식 다중프로그래밍 MIS 마이크로프로세서 CPU로 사용한 개인용 컴퓨터 네트워크 개발 인공지능 신경망 컴퓨터

27 4. 컴퓨터의 데이터의 표현 수의 체계 2진법 : 0과 1의 숫자로 데이터를 표현
8진법 : 0 ~ 7까지의 8가지 숫자로 데이터 표현 16진법 : 0~9 , A, B, C, D, E, F의 16가지로 데이터 표현 10진법 : 0~9의 10가지의 숫자로 데이터 표현

28 4. 컴퓨터의 데이터의 표현  수치 자료 표현 1) 고정소수점 방식-정수 표현을 위한 방식. 수의범위는 작지만 연산속도가 빠름 S 수 1 N-1 (S : 0 - 양수, 1- 음수) 부호와 절대값 - 가장 왼쪽비트가 0이면 양수, 1이면 음수 부호화된 1의 보수 - 음수 표현에 있어서 0  1, 1  0 바꿈 부호화된 2의 보수 - 음수 표현에 있어서 1의 보수에 1을 더하여 계산 +14 -14 부호와 절대값 부호화된 1의 보수 부호화된 2의 보수

29 4. 컴퓨터의 데이터의 표현  수치 자료의 표현 2) 부동소수점 방식-실수 표현을 위한 방식. 정밀한 수치 표현 가능 고정소수점에 비해 복잡하고 실행시간이 많이 걸림 지수부와 가수부로 분리시키는 정규화 과정 필요 S 지수부 1 N-1 (S : 0 - 양수, 1- 음수) 가수부 7 8 Ex) 부동소수점 형식으로 저장 ① 16진수로 변환 = (17.C)16 ② 정규화 (17.C)16 = (0.17C*162)16 ③ 지수부에 바이어스 64를 더해, 메모리에 기억 지수부 : 2+64=66 가수부 : 0.17C 66 1 7 C

30 4. 컴퓨터의 데이터의 표현  자료의 외부적 표현 1)BCD (Binary Code Decimal)
00 숫자 01 문자 A~I 10 문자 J~R 11 문자 S~Z  자료의 외부적 표현 1)BCD (Binary Code Decimal) 6비트로 구성 . 64가지 문자 표현 영문자 대소문자 구분 못함 Zone Digit 2)ASCII (American Standard Code for Interchange Code) 국제 표준 코드.7비트로 구성 . 128가지 문자 표현 숫자, 대문자, 소문자 , 특수문자 표현 가능 정보통신용 Zone Digit 3)EBCDIC(Extended BCD Interchange Code) 8비트로 구성 . 256가지 문자 표현 숫자, 대문자, 소문자 , 특수문자 표현 가능 IBM계열 대형 컴퓨터에서 주로 사용 Zone Digit