[컴퓨터 구조] 대략적인 컴퓨터 구조

이 글은 혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제 (저자 : 강민철)의 책과 유튜브 영상을 참고하여 작성하였습니다.

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이 글은 대략적인 컴퓨터 구조를 정리하는 글입니다. 세세한 구조는 다루지 않습니다.

컴퓨터 구조는 아래와 같이 두 가지로 나뉜다.

• 컴퓨터가 이해하는 정보
• 컴퓨터의 4가지 핵심 부품

 

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컴퓨터가 이해하는 정보

컴퓨터가 이해하는 정보는 아래와 같이 두 가지로 나뉜다.

• 데이터
• 명령어

 

데이터

컴퓨터 구조에서 데이터란 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보를 뜻한다.

컴퓨터와 주고받는 정보 또는 내부에 저장된 정보를 데이터라고 통칭하기도 한다.

컴퓨터는 모든 데이터를 0과 1로 저장한다.

 

명령어

컴퓨터를 한 마디로 정의한다면, 명령어를 처리하는 기계라고 할 수 있다.

명령어는 컴퓨터를 실질적으로 움직이는 정보이다.

데이터는 명령어 처리를 위한 재료이다.

인간이 컴퓨터에게 명령어를 전달하기 위해서 프로그래밍 언어를 배운다.

명령어를 예로 들면 아래와 같다.

• 1과 2를 더하라
• "컴퓨터 구조"를 출력하라

 

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컴퓨터의 4가지 핵심 부품

컴퓨터의 4가지 핵심 부품은 아래의 4개와 같다.

• CPU
• 메모리(RAM, ROM)
• 보조기억장치(SSD, HDD 등등)
• 입출력 장치(키보드, 마우스, 마이크, 스피커 등등)

메인보드(마더보드)
이러한 4가지 핵심 부품이 상호작용을 하려면 한 곳으로 모이는 장소가 필요하다.
그런 장소를 메인보드라고 한다.

버스
우리가 가까운 장소에 있더라도 벽에 가려져 있으면 만날 수 없듯이, 부품끼리도 통로가 필요하다.
부품끼리 정보를 주고, 받을 수 있도록 해주는 일종의 통로를 버스라고 한다.
버스는 여러 종류가 있으나, 핵심 부품을 연결하는 버스는 시스템 버스이다.

 

CPU(산술연산논리장치)

CPU는 메모리에 저장된 명령어를 읽고, 읽은 명령어를 해석하고, 실행하는 역할을 한다.

CPU 내부에는 ALU, 레지스터, 제어장치라는 부품들이 있다.

• ALU : CPU 내부에서 계산기와 같은 역할을 수행
• 레지스터 : CPU 내부에 있는 작은 저장장치 (보통 여러 개가 있다)
• 제어장치 : 제어 신호를 내보내고, 명령어를 해석하는 장치

제어 신호
컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 전기신호
이러한 신호에는 대표적으로 메모리 읽기, 쓰기 신호가 있다.

메모리 읽기 신호 : CPU가 메모리의 특정 값을 읽기 위해 보내는 신호
메모리 쓰기 신호 : CPU가 메모리에 특장 값을 저장하기 위해 보내는 신호

 

그림으로 보는 3가지 CPU의 핵심 부품의 역할

그림 출처 : https://hongong.hanbit.co.kr/

 

메모리(RAM)(주기억장치)

• 메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품이다.
• 휘발성 저장장치라는 점에서 보조기억장치와 대비된다.
• 보조기억장치보다 속도는 더 빠르며, 가격은 더 비싸다.
• 보조기억장치에서 CPU로 바로 데이터를 상호작용하는 것은 속도가 매우 느리고, 비효율적이어서, 중간 연결다리 역할을 메모리가 한다. 그리하여 주기억장치를 메모리라고 한다.
• 메모리는 보조기억장치에서 필요한 정보를 가져오고 빠르게 CPU와 상호작용한다.
• 우리가 주소를 알아야 건물을 찾아갈 수 있듯이, 메모리에도 주소라는 개념이 사용된다. 메모리 주소에 위치한 공간에는 명령어와 데이터가 저장되어 있다.

 

 휘발성 저장장치
휘발성 저장장치는 전원 공급이 중단되면 저장되어 있던 데이터가 모두 소멸되는 것을 말한다.
반대로 비휘발성 저장장치는 전원 공급이 중단되어도 데이터가 소멸되지 않는다.

 

보조기억장치(SSD, HDD 등등)

주기억장치에 모든 정보를 저장한다면 그 컴퓨터의 가격은 우리가 시중에서 구매할 수 있는 컴퓨터의 가격보다 몇 배나 더 비쌀 것이다.

또한, 주기억장치는 휘발성 기억장치이므로 데이터를 읽지 않기 위해서는 평생 동안 컴퓨터를 끌 수 없을 것이다.

이러한 주기억장치의 단점 때문에 보조기억장치가 개발되었고, 사용되고 있다.

보조기억장치는 비휘발성 기억장치이다.

 

입출력 장치(키보드, 마우스, 마이크, 스피커 등등)

입출력장치는 마이크, 스피커, 프린터, 마우스, 키보드처럼 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치를 뜻한다.

 

메인보드와 시스템 버스

메인보드(마더보드)
CPU, 주기억장치, 보조기억장치, 입출력장치와 같은 핵심 부품이 상호작용을 하려면 한 곳으로 모이는 장소가 필요하다. 핵심 부품이 모여있는 장소를 메인보드라고 한다.

메인보드는 핵심 부품 외에 여러 컴퓨터 부품을 부착할 수 있는 슬롯과 연결 단자가 있다.

 

버스
우리가 가까운 장소에 있더라도 벽에 가려져 있으면 만날 수 없듯이, 부품끼리도 통로가 필요하다.
부품끼리 정보를 주고, 받을 수 있도록 해주는 일종의 통로를 버스라고 한다.
버스는 여러 종류가 있으나, 핵심 부품을 연결하는 가장 중요한 버스는 시스템 버스이다.

 

시스템 버스는 아래와 같이 3가지로 구성된다.

• 주소 버스 : 주소를 주고받는 통로
• 데이터 버스 : 명령어 및 데이터를 주고받는 통로
• 제어 버스 : 제어 신호를 주고받는 통로

 

그림으로 보는 CPU와 메모리의 제어 신호 상호작용
-메모리 읽기 신호를 보냈을 때

-메모리 쓰기 신호를 보냈을 때

그림 출처 : https://hongong.hanbit.co.kr/