[컴퓨터 구조] 컴퓨터 구조에 대해 알아보기

들어가며

컴퓨터 구조에 대해 깊이 설명하기에 앞서 대략적으로 정리하고자 작성하였습니다. 용어 별 자세한 내용은 추후 작성될 예정입니다.

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컴퓨터 구조는 크게 두 가지로 나뉩니다. 하나는 컴퓨터가 이해하는 정보이고, 또 하나는 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품입니다.

 

컴퓨터가 이해하는 정보

컴퓨터가 이해하는 정보로는 크게 두 가지가 있는데 데이터와 명령어입니다.

 

데이터는 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보를 일컫습니다. 컴퓨터와 주고받는 정보나 컴퓨터에 저장된 정보를 가리킬 때 편하게 데이터라 통칭하기도 합니다.

 

명령어는 컴퓨터를 실질적으로 작동시키는 중요한 정보입니다. 데이터라는 재료가 있으면 이를 요리하는 것은 명령어라고 할 수 있습니다. 우리가 컴퓨터를 한마디로 정의한다면 컴퓨터는 명령어를 처리하는 기계라고 말할 수 있습니다.

 

 

컴퓨터의 네 가지 핵심 부품

컴퓨터를 이루는 핵심 부품은 크게 네 가지가 있습니다. 중앙처리장치(이하 CPU), 주기억장치(이하 메모리), 보조기억장치, 입출력장치입니다.

* 주기억장치에는 크게 RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory) 두 가지가 있습니다. 메모리는 보통 RAM을 지칭합니다.

 

컴퓨터 구조

 

① 메모리

메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품입니다.

 

컴퓨터가 빠르게 작동하기 위해서는 메모리 속 명령어와 데이터가 정돈되어 있어야 합니다. 그래서 메모리에는 저장된 값에 빠르고 효율적으로 접근하기 위해 주소라는 개념이 사용됩니다.

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② CPU

CPU는 메모리에 저장된 명령어와 데이터를 해석하고 실행하는 부품입니다.

 

CPU의 동작 원리를 이해하기 위해서는 내부 구성 요소를 알아야 합니다. 내부 구성 요소 중 가장 중요한 세 가지는 산술논리연산장치(이하 ALU), 레지스터, 제어장치입니다.

1. ALU는 쉽게말해 계산기로 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산은 ALU가 도맡아 수행합니다.
2. 레지스터는 CPU 내부의 작은 임시 저장 장치로 여러 개의 다른 이름과 역할을 가지고 있습니다.
3. 제어장치는 크게  메모리 읽기와 쓰기라는 제어 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 장치입니다.

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③ 보조기억장치

앞서 메모리는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장한다고 했지만 약점이 존재합니다. 첫째는 가격이 비싸 저장 용량이 적다는 점이고, 둘째는 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃는다는 점입니다. 이를 보완하기 위한 저장 장치가 보조기억장치입니다.

 

하드 디스크, SSD, USB 메모리, DVD, CD-ROM과 같은 저장 장치가 보조기억장치의 일종입니다.

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④ 입출력장치

입출력장치는 마이크, 스피터, 프린터, 마우스, 키보드처럼 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치를 의미합니다.

* 보조기억장치도 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환한다고 볼 수 있기에 주변장치라 통칭하기도 하지만 입출력장치에 비해 메모리를 보조한다는 특별한 기능을 수행하는 입출력장치이다.

 

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⑤ 메인보드와 시스템 버스

위에 언급한 핵심 부품들은 모두 메인보드(혹은 마더보드)라고 불리는 판에 연결된다. 메인보드 내부에는 버스라는 다양한 종류의 통로가 존재하는데 여러 버스 가운데 가장 중요한 버스는 시스템 버스입니다.

 

시스템 버스는 주소를 주고 받는 통로 주소 버스, 명령어와 데이터를 주고받는 통로 데이터 버스, 제어 신호를 주고 받는 통로 제어 버스로 구성되어 있습니다.

 

제어장치에서 메모리 읽기라는 신호를 내보낸다고 했을 때, 실제로는 아래와 같이 동작하게 됩니다.

 

1. 제어 버스로 '메모리 읽기'라는 제어 신호를 내보낸다.
2. 주소 버스로 읽고자 하는 주소를 내보낸다.
3. 메모리는 데이터 버스로 CPU가 요청한 주소에 있는 내용을 보냅니다.

 

반대로 메모리 쓰기의 경우는 아래와 같이 동작합니다.

1. 데이터 버스를 통해 메모리에 저장할 값을 내보낸다.
2. 주소 버스를 통해 저장할 주소를 내보낸다.
3. 제어 버스를 통해 '메모리 쓰기'라는 제어 신호를 내보낸다.

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참고자료

(한빛미디어) 혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제 *강민철 지음