[C-Architecture]컴퓨터의 기본 구조

컴퓨터구조론을 수업을 수강하면서 미리 1장을 읽어보았는데, 내가 매일 사용하던 컴퓨터의 구조와 역사를 접하니 조금 놀라웠다. 

 

카테고리를 따로 만들 생각이 없었지만 내용이 워낙 방대하고 컴퓨터 구조론이 종강후에도 매우 큰 도움이 되리라 판단하여 시간 나는대로 꾸준히 포스팅을 할예정이다. 

 

컴퓨터의 기능 

컴퓨터는 데이터를 읽어서(read), 처리하고(processing), 저장(store)한다.

 

read와 store는 단어만으로 충분히 설명 가능하지만 processing이라는 부분은 조금 익숙치 않을 수 있다.

 

우선 processing 은 process에서 파생된 말임을 알 수 있는데 프로세스는 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램을 말한다. 종종 스케줄링의 대상이 되는 작업과 같은 의미로 쓰인다고 한다. 또는 절차라고 쉽게 풀이 할 수 있다. 

 

프로그램과 프로세스를 혼돈할 여지가 있는데, 프로그램은 실행코드자체를 의미하며, 프로세스는 프로그램을 구동하여 프로그램 상태가 메모리 상에서 실행되는 작업 단위를 지칭한다.

 

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즉 processing은 사용자가 입력한 코드에 따라 처리해야 하는 작업들을 통틀어서 말하는 단어이다. 

 

컴퓨터의 구성요소들 

 

컴퓨터는 컴퓨터의 기능을 수행하기 위해서 크게 3가지로 구분한다. (파워 서플라이, GPU등과 같은 것은 컴퓨터의 기능(rps)를 수행하기 위한 장치라기 보다 컴퓨터의 기능을 증가시켜주고 구동시켜주는 부분이기에 제외한다.)

 

 

CPU(central processing Unit) 중앙처리장치

 

Cpu는 processer라고 불리우며 ' 프로그램 실행 ' 과 '데이터 처리' 라는 중추적인 기능의 수행을 담당하는 요소(부품)이다.

 

 

cpu는 컴퓨터에 한개만 장착하는 것이 일반적이나 슈퍼컴퓨터같은 병렬식 컴퓨터는 cpu를 다중으로 사용한다. 

 

cpu의 기능 (나무위키 펌 https://namu.wiki/w/CPU/구조와%20원리 )

• Fetch(인출) : 메모리상의 프로그램 카운터가 가리키는 명령어를 CPU로 인출하여 적재.

• Decode(해석) : 명령어의 해석. 이 단계에서 명령어의 종류와 타겟 등을 판단한다.

• Execute(실행) : 해석된 명령어에 따라 데이터에 대한 연산을 수행한다.

• Writeback(쓰기) : 명령어대로 처리 완료된 데이터를 메모리에 기록한다.

 

기억장치 

 

기억장치는 주 기억장치(main memory)와 보조 저장장치(auxiliary storage device)로 나뉜다. 

 

주 기억장치

 

 

주 기억장치는 우리가 흔히 보는 위와 같은 RAM이 있다. 주기억 장치(main memory)는 다음과 같은 특성 4가지를 가진다. 

 

• cpu의 가까이 위치하며, 반도체 기억장치 칩으로 구성
• 고속 액세스 (DDR3 1066~1600Mhz, DDR4 1,866~2,133Mhz 속도)
• 가격이 높고 큰 면적을 차지 -> 저장 용량의 한계 
• 영구 저장 능력이 없다. (휘발성)

한 커뮤니티 2010년도 글에 따르면 당시 ddr3램은 12.gb/s의 읽기 쓰기 속도를 보여주는데 , sata ssds의 최대 출력은 550MB/s 라고 하니 ram이 얼마나 고속인지 알 수 있을 것 같다. (이마저도 보조저장장치 발전으로 따라잡을 수 있을 듯 하다. )

 

휘발성에 대한 설명으로 코드상에서 메모리에 값을 할당하는 작업을 한 뒤 컴퓨터나 프로그램을 종료 후 다시 켜보면 해당 메모리는 초기화가 되어 남아있지 않게 된다.

 

보조 저장장치

 

 

 

 

보조 저장 장치는 시대가 변하면서 천공카드 , hdd, ssd, M.2, usb 등으로 진화하였는데, 설명에는 읽기/쓰기 속도가 느리다고 나와있지만 Maing memory와 비교하여 느리다는 거지 보조 저장장치도 시대를 거듭함에 따라 굉장히 빠른 읽기/쓰기 속도를 보여주고 있다. 

 

• 2차 기억장치
• 저장 밀도가 높고, 비트 당 가격이 Main Memory에 비해 낮음
• 읽기/쓰기 속도가 Main Memory에 비해 느림
• 영구저장능력을 가진 저장장치이다 . 하드디스크, 플래시메모리 , rom 등 

 

I/O device(입출력장치)

 

 

 

사진이 정말 오래된 컴퓨터 책에서나 나올법한 것들을 담고 있다. 

 

컴퓨터와 연결하여 데이터를 입력, 혹은 출력하는 모든 기기를 I/O device라고 한다. 

 

• 입력장치와 출력장치의 통칭
• 사용자 - 컴퓨터 간의 상호작용을 위한 장치
• cpu는 직접 I/O device의 입출력을 모두 관리하는것이 아닌 해당 장치제어기를 통해 동작을 제어한다. 
• 주변장치라고도 불리운다. 

위의 4가지 특징 중에서 가장 중요한 것은 cpu는 해당 장치제어기를 통해 동작을 제어한다는 점인데 , 이 부분은 추후 시스템버스와 레지스터를 설명할때 같이 설명하도록 하겠다.