[CS] 컴퓨터의 구성

컴퓨터 시스템

컴퓨터 시스템은 크게 하드웨어와 소프트웨어로 나누어진다.

• 하드웨어 : 컴퓨터를 구성하는 기계적 장치
• 소프트웨어 : 하드웨어의 동작을 지시하고 제어하는 명령어 집합

 

하드웨어

하드웨어는 크게 3가지 중앙처리장치(CPU), 기억장치(Memory), 입/출력장치(I/O)로 구성되어 있습니다.

CPU를 연산 장치, 제어 장치로 나눌 수 있고 기억 장치, 입력 장치, 출력 장치까지를 컴퓨터 5대 구성 요소라고 부르기도 합니다.

시스템 버스는 각 요소들과 연결되어 있고 데이터와 명령 제어 신호를 각 장치로 실어 나릅니다.

• 중앙처리장치 : CPU
• 기억장치 : RAM, HDD, SSD 등
• 입/출력장치 : 마우스, 키보드, 프린터 등

출처 : https://codybuilder.com/27

 

소프트웨어

소프트웨어는 하드웨어의 동작을 지시하고 제어하는 명령어 집합으로 볼 수 있으며 크게 시스템 소프트웨어와 응용 소프트웨어로 구분할 수 있습니다. 

• 시스템 소프트웨어 : 운영체제, 컴파일러 등
• 응용 소프트웨어 : 워드프로세서, 스프레드시트 등

출처 : https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=dufvndrnjs&logNo=70148978212

 

중앙처리장치(CPU)

인간으로 따지면 두뇌에 해당하는 부분입니다.

주기억장치에서 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 명령어의 수행 순서를 제어합니다.

중앙처리장치는 명령어의 해석과 실행을 담당하는 제어장치와 비교와 연산을 담당하는 산술논리연산장치, 속도가 빠른 데이터 기억장소인 레지스터로 구성되어 있습니다.

• CU (제어장치) 

컴퓨터를 구성하는 모든 장치들을 제어하고 동작을 지시하는 장치입니다.

CU는 명령어를 해석해 각 장치로 제어신호를 생성합니다.

• ALU (산술논리연산장치) 

제어장치의 명령에 따라 실제로 연산을 수행하는 장치입니다.

산술, 논리, 쉬프트 등의 연산을 수행합니다.

• Register (레지스터)

레지스터는 용도에 따라 범용 레지스터와 특수 목적 레지스터로 구분됩니다.

• 범용 레지스터 : 연산에 필요한 데이터나 연산 결과를 임시로 저장
• 특수 목적 레지스터 : 특별한 용도로 사용
  • MAR (메모리 주소 레지스터) : 읽기와 쓰기 연산을 수행할 주기억장치 주소 저장
  • PC (프로그램 카운터) : 다음에 수행할 명령어 주소 저장
  • IR (명령어 레지스터) : 현재 실행 중인 명령어 저장
  • MBR (메모리 버퍼 레지스터) : 주기억장치에서 읽어온 데이터 or 저장할 데이터 임시 저장
  • AC (누산기) : 연산 결과 임시 저장

• Internal Bus

CPU 외부의 시스템 버스와는 직접 연결되어 있지 않으며 CU, ALU, Register 간의 데이터를 이동시킵니다.

 

기억장치(Memory)

프로그램, 데이터, 연산의 중간 결과 등을 저장하는 장치입니다.

기억장치는 주기억장치와 보조기억장치로 나뉩니다.

• 주기억장치 (RAM, ROM 등)

CPU와 가까이 있어 액세스 속도가 높지만 프로그램 실행 중에만 사용될 수 있는 휘발성 기억장치입니다.

프로그램을 실행하는 동안 필요한 데이터를 일시적으로 저장합니다.

• 보조기억장치 (HDD, SDD 등)

주기억장치에 비해 읽기/쓰기 속도가 느리지만 영구 저장이 가능합니다

 

입/출력장치(I/O)

입/출력장치는 입력 장치와 출력 장치로 나눠집니다.

• 입력 장치 : 컴퓨터 내부로 자료를 입력하는 장치 (키보드, 마우스 등)
• 출력 장치 : 컴퓨터에서 외부로 표현하는 장치 (프린터, 모니터, 스피커 등)

 

시스템 버스

시스템 버스는 각 구성요소가 다른 구성요소로 데이터를 보낼 수 있도록 통로가 되어주는 역할을 합니다.

시스템 버스는 용도에 따라 데이터 버스, 주소 버스, 제어 버스로 나눌 수 있습니다.

• 데이터 버스

데이터 버스는 중앙처리장치와 기타 장치 사이에서 데이터를 전달하는 통로 역할을 합니다.

이는 기억장치와 입출력장치의 명령어와 데이터를 중앙처리장치로 보내거나, 중앙처리장치의 연산 결과를 기억장치와 입출력장치로 보내는 양방향 버스입니다.

• 주소 버스

데이터를 정확히 실어나르기 위해서는 기억 장치 주소를 정해주어야 합니다.

주소 버스는 중앙처리장치가 주기억장치나 입출력장치로 기억 장치 주소를 전달하는 통로이기 때문에 단방향 버스입니다.

• 제어 버스

주소 버스와 데이터 버스는 모든 장치에 공유되기 때문에 이를 제어할 수단이 필요합니다.

제어 버스는 중앙처리장치가 기억장치나 입출력장치에 제어 신호를 전달하는 통로 역할을 합니다.

(제어 신호의 종류 : 기억장치 읽기 및 쓰기, 버스 요청 및 승인, 인터럽트 요청 및 승인, 클락, 리셋 등)

제어 버스는 읽기 동작과 쓰기 동작을 모두 수행하기 때문에 양방향 버스입니다.

 

CPU의 동작 과정

1. 주기억장치는 입력장치에서 입력받은 데이터 또는 보조기억장치에 저장된 프로그램을 읽어옵니다.
2. CPU는 프로그램을 실행하기 위해 주기억장치에 저장된 프로그램 명령어와 데이터를 읽어와 처리하고 결과를 다시 주기억장치에 저장합니다.
3. 주기억장치는 해당 처리 결과를 보조기억장치에 저장하거나 출력장치로 보냅니다.
4. 제어장치는 1번~3번 과정에서 명령어가 순서대로 실행되도록 각 장치를 제어합니다.