컴퓨터 개론 04 컴퓨터 구조

단원 목표

• 저장 프로그램의 의미와 프로그램을 구성하는 명령어 형식을 이해한다
• 저급 언어인 기계어와 어셈블리어를 이해한다
• 주기억장치의 구조와 주소의 의미를 이해한다
• 캐시메모리의 필요성과 의미를 이해하고 기억장치의 계층의 으미를 이해한다
• 중앙처리장치를 구성하는 연산장치 제어장치 레지스터에 대하여 알아본다
• 레지스터의 필요성과 종류를 알아본다
• 마이크로프로세서의 성능을 좌우하는 요소를 알아본다
• CIS프로세서와 RISC프로세서의 차이와 특징을 이해한다

1. 폰노이만의 저장 프로그램

1. 프로그램 내장 방식

프로그램을 주 기억장치에 저장

저장 프로그램 방식

주기억장치에 자료 뿐 아니라 프로그램도 저장하는 프로그램 내장 방식을 말함

 

컴퓨터가 할 작업을 나타내는 일련의 명렁어 집합인 프로그램이 자료와 함께 주기억장치에 저장됨

 

2. 프로그램 구성 명령어

명령어 형식

명령어는 연산 부분과 피연산 부분으로 구성됨

연산부분

명령어가 수행해야 할 기능을 의미하는 코드

피연산 부분

연산에 참여하는 자료를 의미하는 코드

 

명령어 종류

 

3. 저급언어

사람에게 친숙하지 않지만 컴퓨터에게 작업을 지시할 수 있는 언어

기계어

0과1로 표현한 컴퓨터 고유 명령 형식 언어

 

어셈블리어

기계어를 자연어와 유사하게 만든것

CPU종류에 따라 그 내용이 달라짐

 

2. 다양한 기억장치

1. 주기억장치의 구조

주소

메모리의 저장소는 주소를 이용하여 각각 바이트 단위로 고유하게 식별가능

워드크기

컴퓨터가 한 번에 작업할 수 있는 데이터의 크기

보통 32bit or 64bit임

 

버스

중앙처리장치와 메모리와 컴퓨터 시스템의 입출력 장치를 연결해주는 통로를 시스템 버스라고 함

 

시스템버스는 주소버스, 자료버스, 제어버스가 연결되어 있음

 

주소버스는 주기억장치의 주소를 식별하도록 연결하는 경로임

자료버스는 자료를 전달하는 연결경로임 => 내부 버스와 구별하여 외부 버스라고도 함

제어버스는 읽기, 쓰기와 같은 명령 제어 신호를 전달함

 

2. RAN과 ROM

주기억장치 RAM

메모리의 특정 위치의 내용을 어디든지 바로 참조할 수 있다

소멸성 기억장치 = 휘발성 메모리

 

RAM의 종류

동적, 정적RAM이 있음

DRAM은 전원이 연결되어 있으면 일정 주시마다 리ㅡ레쉬를 해주어야만 정보가 지워지지 않음

SRAM은 전원만 연결되어 있으면 정보가 지워지지 않는 기억장치이다

CPU안에 캐쉬 메모리에 주로 사용한다

 

읽기 전용 메모리

ROM은 읽기전용 메모리로 한 번 저장된 자료는 더 이상 쓰기를 할 수 없고 읽기만 가능한 메모리이다

전원이 끊어져도 휘발되지 않는 비휘발 저장장치임

메모리 임의 접근이 가능함

BIOS프로그램 저장에 사용된다

 

 

3. 캐시 메모리와 버퍼

고속기억장치 캐시

CPU만 빠르면 성능이 제대로 안나옴

이런 문제점을 해결하기 위한 주변 기기속도를 높이는 해결법이 캐시 메모리를 사용하는 방법임

병목 현상을 해결해줄 수 있음

 

캐시의 수준

CPU와의 거리에 따른 레벨 차이

 

디스크 캐시

보조기억장치와 주기억 장치의 캐시 메모리

RAM과 디스크 사이에 임시 메모리를 만들어 전송에 사용

보통 디스크 용량의 일정 부분을 사용함

 

버퍼

입출력장치로 전달될 데이터를 일시적으로 저장하는 메모리

버퍼링

버퍼를 활용하는 방식, 버퍼를 채우는 동작

 

4. 다양한 보조기억장치

보조기억장치

주기억장치보다 싸며, 전원이 없어도 영구적으로 자료 저장 가능

 

HDD를 보완하는 SSD

SSD 만세 내용

 

플래시 메모리

RAM과 ROM의 장점을 합친 메모리

소비전력이 적고 전원이 꺼져도 자료가 남는다

정보 입출력이 자유롭다

바이트 단위가 아닌 블록단위의 주소지정이 가능

쓰기시간이 오래 걸림

쓰기 횟수가 무한이 아님

 

USB메모리

 

5. 기억장치의 계층구조

속도와 용량

왜 다양한 저장장치를 사용하는가?

속도와 용량때문

 

레지스터 CPU 내부

캐시메모리

주기억장치

보조기억장치

 

이 순서로 가격이 비싸고 속도가 빠르다

 

3. 중앙처리장치 CPU

CPU

메모리에 저장된 프로그램과 자료를 사용하려 실제 작업을 수행하는 전자회로 장치

ALU와 제어장치 레지스터로 구성됨

내부에도 자료버스와 제어버스가 연결되어 있음

 

1. 연산장치 ALU

산술연산과 논리연산

산술연산

더하기 빼기 나누기 등의 산술연산 모듈

논리연산

not and 등등 모듈

로 구성됨

 

레지스터 연산

누산 레지스터

중앙처리장치의 임시 기억장소

자료 레지스터

자료연산에 참여할 피연산자가 저장됨

 

2. 저장장치

중앙처리장치를 구성하는 요소

산술및 논리연산에 요구되는 작업을 연속적으로 수행하는 신호를 보냄으로써 연산장치와 레지스터가 명령을 수행하게 하는 장치이다

여러 개의 해독기와 제어기로 구성되며 명령어의 실행에 필요한 연산 순서와 종류등을 종합적으로 제어한다

 

3. 레지스터

중앙처리장치의 내부 저장장소

주기억장치로 부터 읽어온 명령어와 자료를 저장할 임시 저장장소가 필요함

 

4. 명령어 처리 과정

CPU와 주기억장치 간의 자료 전송

주기억장치의 명령어와 자료가 중앙처리장치의 여러 임시 저장장소인 레지스터로 전송되어 명령어를 처리한 후, 처리 결과가 다시 주 기억장치로 전송되는 과정을 거친다

 

인출 해독 실행의 기계주기

중앙처리 장치는인출 해독 실행 이 3개를 계속 반복함

이를 기계 주기라고 함

 

4. 프로그램의 실행 과정

작업 명령어 구성과 이해

아래와 같은 명령어가 실행될 시

LDA  A

ADD B

STA C

HLT

 

이와 같다

LDA A 메모리 A 내용을 누산 레지스터에 저장

ADD B 메모리 B의 내용을 누산레지스터와 더해 다시 누산 레지스터에 저장

STA C 누산 레지스터의 값을 메모리 C에 저장

HLT 프로그램 종료

 

 

명령어에 따른 프로세서 분류

CISC RISC 2종류

CISC

복합 명령어 집합

일반적으로 명령어가 복잡하고 다양한 명령어를 제공함

복잡한 프로그램을 적은수의 명령어로 처리 가능

복잡한 회로 사용됨으로 비쌈, 전력소모 많아서 열이 많이남

 

RISC

축소 명령어 집합

명령어가 단순하고, 처리속도가 빠름

레지스터 내부에서 모든 연산이 이루어짐

메모리 참조가 제한적임

레지스터가 많은 특징이 있음

 

 

내용점검 문제

 

1. C 틀림 B HLT같은 거도 있
2. C
3. D
4. B
5. B
6. D
7. C
8. D
9. B 틀림 D
10. A
11. C
12. A 틀림 D
13. A 
14. D
15. D
16. C
17. D
18. B
19. D?? 틀림 C
20. B

 

괄호 채우기

1. 연산자 피연산자 / 틀림 연산코드 주소부
2. 기계어
3. 주소
4. SSD
5. ?? / 틀림 지역
6. 캐시 메모리
7. 논리연산 제어연산 / 틀림 해독기 제어
8. 인출 해독 실행 / 암기 필수 기계주기
9. 클럭
10. 무어의 법칙