컴퓨터 구조.

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1 컴퓨터 구조

2 컴퓨터 기본 구조 응용 소프트웨어 (application software) 시스템 소프트웨어(system software)
하드웨어(hardware) 시스템 소프트웨어(system software) 응용 소프트웨어 (application software)

3 컴퓨터 기본 구조 하드웨어(hardware)
컴퓨터 정보들의 전송 통로를 제공해 주고, 그 정보에 대한 처리가 실제 일어나게 해주는 물리적인 실체들 컴퓨터의 하드웨어는 기능에 따라 중앙처리장치, 기억장치, 입력장치, 출력장치로 분류 소프트웨어(software) 정보들이 이동하는 방향과 정보 처리의 종류를 지정해주고, 그러한 동작들이 일어나는 시간을 지정해주는 명령(command)들의 집합 시스템 소프트웨어(system software) : OS(WinXP, Unix, Linux 등) 응용 소프트웨어(application software) : 워드프로세서, 웹 브라우저, MS-Excel 등

4 컴퓨터 하드웨어 컴퓨터 하드웨어 유형

5 컴퓨터 하드웨어 컴퓨터 내부 구조

6 컴퓨터 하드웨어 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit) 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 장치.
컴퓨터 시스템 전체를 제어하는 장치로서 입력장치에서 데이터를 입력 받아 처리한 후 출력장치와 기억장치로 데이터를 보냄

7 컴퓨터 하드웨어 중앙처리장치 구성 산술•논리 연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)
CPU의 핵심 요소로써 산술 연산(Arithmetic Operation)과 논리 연산(Logic Operation)을 수행하는 장치 산술 연산은 주로 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 사칙연산을 수행 논리 연산은 참과 거짓을 판결하는 연산으로 대표적으로 AND, OR, NOT, X-OR등의 연산을 수행 제어장치(Control Device) CPU 내부에서 일어나는 모든 작업을 통제하고 관리 적절한 순서로 명령어를 인출하고 그 명령어를 해석한 결과에 따라 컴퓨터 시스템의 필요한 부분으로 제어신호를 전달

8 컴퓨터 하드웨어 기억장치(Memory Device) 기억장치는 내부 기억장치와 외부 기억장치로 구분
CPU 내의 레지스터와 캐시기억장치, 주기억장치는 내부 기억장치 보조기억장치(하드 디스크, 플로피 디스크, CD-ROM, DVD)는 외부 기억장치

9 컴퓨터 하드웨어 주기억장치(Main Memory)
컴퓨터 시스템에서 수행되고 있는 프로그램과 수행에 필요한 데이터를 기억하고 있는 장치 CPU에 접근 속도가 빠르며 많은 양의 데이터를 기억 RAM(Random Access Memory)이 사용

10 컴퓨터 하드웨어 보조기억장치(Secondary Memory) 외부 기억장치라고도 하며 반영구적으로 데이터를 저장하고 보존.
보조기억장치에 저장된 데이터는 중앙처리장치와 직접 정보를 교환할 수 없기 때문에 주기억장치로 옮겨진 후 처리 주기억장치에 비해 가격은 저렴하고 저장 용량 또한 크지만 속도가 느림 자기 테이프, 자기 디스크, 자기 드럼, 플로피 디스크, 하드 디스크, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리, 광 디스크 등

11 컴퓨터 하드웨어 입력장치(Input Device) 컴퓨터에서 처리할 데이터와 정보를 외부에서 입력해주는 역할을 수행
처리하고자 하는 데이터를 제어장치의 명령에 따라 입력매체에서 읽어서 기억장치로 보냄

12 컴퓨터 하드웨어 출력장치(Output Device)
컴퓨터 내부에서 처리된 결과를 사용자가 보거나 들을 수 있도록 출력매체를 이용해서 내보냄

13 컴퓨터 소프트웨어 소프트웨어(Software) 컴퓨터 프로그램과 그와 관련된 문서들을 총칭하는 용어
정보들이 이동하는 방향과 정보처리의 종류를 지정하고 이러한 동작이 일어나는 시간을 지정하는 명령어의 집합 시스템 소프트웨어와 응용 소프트웨어로 분류 하드웨어가 발달하여 가격이 저렴해지고 교체가 잦아짐에 따라 소프트웨어의 중요성은 더욱 높아지고 있음 소프트웨어로 향상되는 생산성, 바뀐 하드웨어에 적용할 수 있는 소프트웨어의 호환성, 유지보수를 하는 것이 효율적인지 등의 요구 조건 중요

14 컴퓨터 소프트웨어 시스템 소프트웨어 사용자가 복잡한 컴퓨터 하드웨어를 모르고서도 유용하게 사용할 수 있도록 도와주는 프로그램임
컴퓨터를 작동시키고 다루기 위한 프로그램 사용자가 컴퓨터와 대화할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공

15 컴퓨터 소프트웨어 응용 소프트웨어(Application Software)
시스템 소프트웨어를 기반으로 특정한 응용 분야에서 특수 목적을 위해 사용할 수 있는 프로그램 사무 자동화 프로그램, 공학용 계산 프로그램, 인터넷 웹 브라우저, 그래픽 프로그램 등

16 하드웨어 구성 요소 주변장치(peripheral device) 컴퓨터의 외관적인 구성 장치
입출력 장치, 미디어 처리장치, 보조기억장치, 통신 장치

17 하드웨어 구성 요소 주회로기판에 존재하는 구성요소
컴퓨터 내부의 주 회로 기판(Main Board)에는 주요 하드웨어 구성 요소들이 존재 주회로기판 구성 중앙처리장치(CPU), 주기억장치인 RAM, I/O 컨트롤러 주변장치들이 연결될 수 있도록 확장슬롯과 각종 포트와 단자 전원 공급장치와 중앙처리장치를 위한 냉각 송풍기, 케이블과 전선 각 구성요소들은 버스로 연결되어 데이터를 송수신

18 하드웨어 구성 요소 주회로기판 구성 요소 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)
프로그램 실행과 데이터 처리라는 중추적인 기능 수행 제어장치, 연산장치, 레지스터 등으로 구성 다양한 마이크로프로세서를 사용 예) Intel, AMD, Motorola 마이크로프로세서 주기억장치(Main Memory) 컴퓨터 내에서 명령어와 데이터들을 기억하는 저장장치. 고속 액세스가 가능하나 가격이 높고 저장 용량의 한계가 있음 영구 저장 능력이 없어 프로그램 실행 중에 일시적으로만 저장기능을 수행

19 하드웨어 구성 요소 주회로기판 구성 요소 보조기억장치
주기억장치를 보조하므로 2차 기억장치(secondary memory) 액세스의 속도가 저속이고 대용량 데이터를 저장하는 데 사용 하드디스크, DVD-ROM, CD-ROM, 플로피디스크 등 IDE등의 표준화 연결방식으로 CPU에 연결 시스템 확장 카드 컴퓨터의 기능을 확장하거나 보조하기 위하여 카드 형태로 만들어진 장치 사용자는 특수 목적에 맞는 확장카드를 주회로기판에 부착하여 사용 LAN카드, 사운드 카드, 그래픽 카드, 영상카드 등의 다양한 종류

20 하드웨어 구성 요소 주회로기판 구성 요소 입출력 포트 입출력장치를 컴퓨터에 연결해주는 역할
병렬 포트(Parallel Port), 직렬 포트(Serial Port), USB 포트, Firewire 포트, LAN 포트, 음향기기를 위한 입출력 포트 등 최근에는 병렬포트와 직렬포트가 USB 포트와 Firewire 포트로 대체되고 있으며, 또한 블루투스의 무선 연결 방식으로 대체되고 있는 추세

21 중앙처리 중앙처리장치의 구성 산술논리연산장치, 레지스터, 제어장치는 논리회로 소자들의 집합

22 중앙처리 산술논리연산장치 (ALU, Arithmetic and Logical Unit)
컴퓨터에서 수행하는 산술 연산과 논리 연산을 수행하는 장치 ALU를 어떻게 설계하느냐에 따라서 연산의 개수가 결정

23 중앙처리 레지스터 CPU에서 사용되는 데이터 정보를 임시적으로 저장하는 장치 플립플롭의 연결을 기본으로 하는 순차 논리회로
4비트 데이터를 병렬로 읽기와 쓰기가 가능한 레지스터

24 중앙처리 레지스터의 종류 프로그램 카운터(PC, Program Counter) : 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장하는 레지스터 명령어 레지스터(IR, Instruction Register) : 기억장치로부터 읽어온 명령어를 수행하기 위하여 일시적으로 저장 기억장치 주소 레지스터(MAR, Memory Address Register) : 다음에 읽기 동작이나 쓰기 동작을 수행할 기억장소의 주소를 저장하는 주소저장용 레지스터 기억장치 버퍼 레지스터(MBR, Memory Buffer Register) : 기억장치에 저장될 데이터 혹은 기억장치로부터 읽은 데이터를 임시로 저장 입/출력 주소 레지스터(I/O AR: I/O Address Register) : 입/출력장치의 주소를 저장하는 주소 레지스터 입/출력 버퍼 레지스터(I/O BR: I/O Buffer Register) : 입/출력 모듈과 CPU 사이에 교환되는 데이터를 일시적으로 저장

25 중앙처리 제어장치 CPU에서 사용하는 명령어의 실행 과정을 관리하고 제어하는 장치
순서제어 논리장치(sequencing logic), 제어장치 레지스터들(control unit registers), 명령어 해독기(decoder), 제어 메모리(control memory)로 구성

26 버스 버스(Bus) 컴퓨터에서 두 개 혹은 그 이상의 장치들을 연결하는 공유 전송 매체
컴퓨터를 구성하는 하드웨어는 버스를 통해서 연결되고 이를 통해서 데이터와 각종 제어신호를 전달 버스를 통해서 전송되는 데이터의 유형 프로세서가 기억장치로부터 명령어와 데이터를 읽는 유형 프로세서가 기억장치에 데이터를 저장하는 유형 프로세서는 입출력(Input/Output, I/O) 모듈을 통하여 I/O 장치로부터 데이터를 읽고, 프로세서가 I/O 장치로 데이터를 전송하는 유형 I/O 모듈이 DMA(Direct memory access )를 통하여 기억장치와 직접 데이터를 교환하는 전송 유형

27 버스 시스템 버스(system bus) 프로세서, 기억장치 및 I/O 장치간의 통신을 위한 상호 연결
버스로 연결된 컴퓨터의 구성 요소와 중앙처리장치를 중심으로 데이터 신호와 명령 신호의 흐름

28 버스 시스템 버스의 분류 주소 버스 데이터가 읽혀지거나 쓰여질 기억장소의 주소를 전송하는 통로.
CPU가 외부로 발생하는 주소 정보를 전송하는 신호 선들의 집합 데이터 버스 모듈들 사이로 데이터를 전송하는 통로 CPU가 기억장치와 I/O 장치와의 사이에 데이터를 전송하는 신호 선들의 집합 제어 버스(Control Bus) 제어신호들을 전송하는 통로 CPU가 컴퓨터내의 각종 장치들의 동작을 제어하기 위한 신호 선들의 집합

29 버스 시스템 버스의 구성

30 버스 시스템 버스의 방향성 데이터 버스는 읽기와 쓰기 동작을 모두 수행하므로 양방향성
제어 버스는 요구 제어신호와 확인 제어신호를 사용하므로 양방향성 주소 버스는 신호가 CPU로부터 기억장치 혹은 I/O 장치들로만 전송되지만 반대로의 전송은 존재하지 않기 때문에 단방향성 버스 기억장치 쓰기동작 CPU는 기억장치에 데이터를 전송해서 저장 기억장치 읽기 동작 CPU가 기억장치에 저장된 데이터를 가져와 자신의 레지스터에 적재

31 버스 기억장치 액세스 동작 기억장치 쓰기 시간(memory write time)
기억장치 쓰기 동작에서 CPU가 주소와 데이터를 보낸 순간부터 저장이 완료될 때까지의 시간 기억장치 읽기 시간(memory read time) 기억장치 읽기 동작에서 주소를 해독(decode)하는 데 걸리는 시간과 선택된 기억 소자들로부터 데이터를 읽는 데 걸리는 시간을 합한 시간

32 버스 입출력장치의 데이터 전송 CPU의 속도와 입출력장치의 처리속도의 차이가 커서 고속으로 전송된 데이터들은 느린 처리속도를 가진 입출력장치가 제대로 처리를 못함 시스템 버스와 입출력장치를 연결하는 입출력장치 제어기 (I/O device controller) 존재 CPU와 입출력 장치간의 데이터 흐름

33 버스 입출력 장치 제어기의 역할 CPU로부터 입출력 명령을 받아서 해당 입출력 장치를 제어하고 데이터를 이동시키는 명령을 수행하는 전자회로 장치 두 개의 레지스터가 존재 상태 레지스터 입출력장치의 현재 상태를 나타내는 비트들을 저장한 레지스터 준비 상태(RDY) 비트, 데이터 전송확인(ACK) 비트가 해당 상태를 표시 데이터 레지스터 CPU에서 입출력 장치 간에 이동되는 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터

34 버스 입출력장치 간의 버스

35 컴퓨터 동작 컴퓨터의 기본적인 특징 신속성 : 컴퓨터의 처리 속도는 고속이어서 1초에 수억 번의 작업을 수행
신뢰성 : 입력된 자료를 오류 없이 정확하게 처리해줘서 그 결과를 믿을 수 있어야 함 정확성 : 입력된 자료가 정확하고 사용 방법이 올바르면 처리 결과는 정확 대용량성 : 작은 기억장치 하나에 방대한 양의 자료를 저장 공유성 : 인터넷에 연결된 컴퓨터는 정보를 많은 사람이 공유

36 컴퓨터 동작 컴퓨터의 기본적인 기능 입력 기능 : 데이터나 프로그램을 컴퓨터 내부로 잃어오는 기능
기억 기능 : 입력된 데이터나 프로그램, 중간 결과 및 처리된 결과를 기억 처리 기능 : 산술이나 논리 연산 등을 수행. 프로그램을 읽고 해석하여 각 장치에 필요한 지시 출력 기능 : 처리 결과를 기호, 문자, 그림, 음성 등의 형태로 외부로 전송 통신 기능 : 다른 컴퓨터와 연결하여 자료를 입력 또는 처리하거나 출력

37 컴퓨터 동작 컴퓨터 기능

38 컴퓨터 동작 컴퓨터 시스템 동작 과정 컴퓨터를 시작하면 펌웨어는 하드웨어를 초기화하고 운영체제 프로그램을 주기억장치에 적재하여 컴퓨터 시스템을 제어 원하는 프로그램을 실행시키면 응용 프로그램은 운영체제 상위에서 동작하면서 사용자 목적에 맞는 프로그램을 동작

39 컴퓨터 동작 컴퓨터에서 프로그램이 실행 시, 구성 장치들이 수행하는 동작
실행 : CPU가 주기억장치에서 프로그램 코드를 읽어서 실행 데이터 저장 : 프로그램 실행 결과로서 얻어진 데이터를 주기억장치에 저장 데이터 이동 : 보조기억장치에 저장되어 있는 프로그램과 데이터 블록을 주기억장치로 이동시키는 기능 데이터 입력 : 사용자가 키보드를 통해 보내는 명령이나 데이터를 읽음 데이터 출력 : CPU가 처리한 결과 값이나 기억장치의 내용을 출력 제어 : 프로그램이 순서대로 실행되도록 또는 필요에 따라 실행 순서를 변경하도록 조정하며, 각종 제어 신호들을 발생

40 컴퓨터 동작 컴퓨터에서 프로그램의 역할 컴퓨터의 동작은 프로그램내의 명령어를 읽고, 처리하고, 그리고 저장하는 과정을 통해서 정해진 순서대로 프로그램을 실행 프로그램내의 명령어가 수행되는 과정 명령어 인출 : 명령어를 읽어가지고 오는 단계 명령어 해독 : 명령어의 내용을 결정하는 단계 명령어 실행 : 해독 명령어의 내용을 수행하는 과정으로 처리 결과는 저장 프로그램 카운터 증가 단계 : 다음 명령어를 수행하기 위한 단계

41 컴퓨터 동작 명령어 사이클 (Instruction Cycle) 중앙처리장치가 하나의 명령어를 실행하는데 필요한 전체 처리 과정
명령어 사이클은 기본적으로 인출 사이클(fetch cycle)과 실행 사이클(execution cycle)의 부 사이클(sub-cycle) 두 개로 구성 인출 사이클은 CPU가 주기억장치로부터 명령어를 읽어오는 단계 실행 사이클은 명령어를 실행하는 단계로 프로세서와 기억장치 간에 데이터가 전송