본체 내부
컴퓨터 구조를 외부적 관점에서 보면 구성은 크게 모니터, 키보드, 마우스, 컴퓨터 본체로 나눌수 있다.
CPU (central processing unit)
CPU는 본체 안의 메인보드 또는 마더보드에 존재하며, 수천만개의 트랜지스터로 만들어진다.
컴퓨터의 모든 처리를 수행하는 곳이다.
디지털 논리 회로
논리 회로는 트랜지스터 구성의 다음 단계이며, 부울 대수의 표현 기능을 가지고 있다.
부울 대수
부울 대수란 이진 입력과 출력의 관계를 기술한다.
- 기본 연산자는 AND, OR, NOT 3가지가 있다.
- 부울 대수의 값은 참(1), 거짓(0) 두 값만을 가진다.
- 부울 수식은 부울 연산자와 이진 값으로 이루어진다.
진리표
진리표란 부울 수식을 표를 사용하여 표현한 것이다.
- 행은 가능한 모든 입력의 조합을 나타낸다.
- 2^n 개의 행은 n 개의 입력이 필요하다.
디지털 빌딩 블록
회로 계층
게이트란 부울 논리를 구현하기 위해 컴퓨터에 있는 트랜지스터 기반 회로이다.
컴퓨터는 게이트의 조합으로 만들어진다.
기본 게이트는 AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR 6가지가 있다.
- AND 게이트
- 두 개의 입력과 하나의 출력으로 구성된다.
- 진리표는 AND 부울 연산자의 진리표와 동일하다.
- OR 게이트
- 두 개의 입력과 하나의 출력으로 구성된다.
- 진리표는 OR 부울 연산자의 진리표와 동일하다.
- NOT 게이트
- 하나의 입력과 하나의 출력으로 구성된다.
- 진리표는 NOT 부울 연산자의 진리표와 동일하다.
- NAND 게이트
- AND 게이트의 출력을 받아서 NOT을 사용해 반대로 만든것을 의미한다.
- 출력은 AND 게이트의 출력과 정확히 반대이다.
- NOR 게이트
- OR 게이트의 출력을 받아서 NOT을 사용해 반대로 만든것을 의미한다.
- 출력은 OR 게이트의 출력과 정확히 반대이다.
- XOR 게이트
- Exclusive OR
- 입력이 서로 다르면 출력이 1이다.
폰 노이만 구조
아래와 같은 특성을 가지는 다목적 기계를 말한다.
- 메모리로부터 이진 명령을 가져와서 순차적으로 처리한 다음 그 명령을 실행한다.
- 명령과 데이터는 모두 주기억 장치 시스템에 저장한다.
- 명령 실행은 중앙 처리 장치(CPU)에 의해 수행된다.
CPU의 구성은 CU, ALU, 레지스터로 이루어져 있다.
- 제어 장치 (CU: Control Unit): 데이터를 가져와서 해석하고 ALU에 명령을 내리는 등의 일을 한다.
- 연산 장치 (ALU: Arithmetic and Logical Unit): 실제 연산 담당이다.
- 레지스터 (소형 기억 장치): CPU 안에 있는 소형 기억 장치이다.
CPU는 외부 장치로부터 입력을 받아들일 수 있고 출력을 제공할 수 있는 능력을 가지고 있다.
일반적인 인출-실행 사이클은 아래와 같다.
- 프로그램 계수기가 가르키는 명령어를 인출한다.
- 명령어를 해석한다.
- 필요한 다른 데이터도 메모리로부터 인출한다.
- 명령을 실행한다.
크리스탈 (시스템) 클록은 인출-실행 사이클에 있는 각각의 단계를 동기화 한다. 컴퓨터는 종종 이러한 클록 속도로 불려 진다.
버스
버스란 데이터 전송에 필요한 전선이다. 예를 들어 외부적인 요소는 마우스 선, 키보드 선 등이 있다.
크게 제어, 주소, 데이터 이 3가지 신호 그룹으로 나눌 수 있다. 각각 다니는 길이 다르다.
오늘날 버스의 기준은 PCI이다. PCI 버스는 컴퓨터 메인보드에 주변 장치를 장착하는 데 쓰이는 컴퓨터 버스의 일종이다.
SCSI(Small Computer System Interface)
주변 장치 버스의 표준이다. 다양한 유형의 I/O 장치를 컴퓨터와 연결시키는데 사용한다.
버스 마스터링은 두 장치가 서로 통신하는 동안 CPU가 다른 과제를 수행하도록 해 준다.
저장 장치
저장 장치는 프로그램과 데이터를 저장하는데 사용되는 컴포넌트의 구성원이다.
컴퓨터의 저장 장치는 계층구조로 되어있다. 간략하게 주 기억 장치, 보조 기억 장치 (대량 저장 장치)로 이루어져있다.
메모리
메모리는 두 가지로 구분한다.
ROM (Read Only Memory)
ROM은 칩에 영구적으로 새겨지며, 일반적으로 수정이 불가능하다. BIOS에 사용된다.
RAM (Random Access Memory)
RAM은 메모리 직접 접근이 가능하며, 읽기, 쓰기를 허용한다. 휘발성이고, CPU는 RAM에서 프로그램을 인출하여 실행한다.
RAM의 종류는 DRAM과 SRAM이 있다.
- DRAM (Dynamic RAM)
- 비트당 하나의 트랜지스터를 사용한 회로로 만들어져 있다.
- 저장된 데이터를 유지하기 위해 계속적으로 데이터를 새롭게 하는 것이 필요하다.
- 접근 시간은 10-70ms의 범위이다.
- SRAM
- 플립-플롭 회로를 사용하여 만들어진다.
- 모든 메모리 유형 중에서 가장 빠르다.
- CPU의 레지스터나 캐시 메모리에만 사용한다.
대용량 저장 장치
RAM이나 ROM에 비해 훨씬 많은 저장 용량을 가지고 있다. 대표적으로 하드 디스크가 있다.
하드 드라이브나 CD-ROM과 같은 장치를 사용한다.
메가바이트당 가격이 훨씬 저렴하며, 비휘발성이다.
하지만 RAM과 ROM 비하면 느리다.
하드 드라이브
대용량 저장 장치 중에서 가장 널리 사용되는 형태이다.
자기 입자로 구성된 하나 이상의 금속의 원반이다.
- 트랙이라고 불리는 동심원의 집합이다.
- 트랙은 섹터로 나누어진다.
- 판독/기록 헤드는 디스크 표면의 특정 지역에 위치한다.
- RAM에 비해 비교적 저렴하다.
RAID (Redundant Array of Independent Discs): 여러개의 디스크를 묶어 하나의 디스크 처럼 사용하는 기술이다.
광학 저장 장치
널리 사용되는 장치는 CD와 DVD가 있다.
광학 기술을 사용하여 데이터를 저장한다.
- CD의 표면에 미세한 홈을 만드는 레이저를 사용한다.
- 디스크의 안쪽에서부터 바깥쪽으로 연속적인 나선형을 이루며 기록한다.
- 하드 디스크와 마찬가지로, CD도 회전한다.
- 판독/기록 헤드는 디스크 표면의 특정 지역에 위치한다.
- 데이터 낭비가 심하다. 현재는 잘 사용되지 않는다.
등선 속도 방식: CD-ROM
등각속도 방식: 하드디스크
입 / 출력 장치
키보드, 마우스, 모니터, 프린터, 사운드 카드 등이 있다.
모니터에는 CRT, LCD, LED등이 있으며, 현재는 LED를 사용한다.
인터럽트와 폴링
폴링: CPU가 I/O 장치에 요청이 있는지 질문하는 걸 의미한다.
인터럽트 처리: 서비스의 요청에 따라 CPU가 반응한다.
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