컴퓨터의 기본구조

컴퓨터구조를 알아야 하는 이유

1. 문제해결능력을 기를 수 있다.

컴퓨터의 구조를 이해하고 있다면 문제가 발생했을 때 상황을 빠르게 진단할 수 있고

문제해결의 실마리를 발견할 가능성이 높아진다.

 

2. 개발을 할 때 성능, 용량, 비용등을 고려하여 개발할 수 있게 된다.

내가 개발한 코드가 어느정도의 성능에서 돌아가는지를 파악해야 좋은 프로그램을 짤 수 있게 된다.

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컴퓨터가 이해하는 정보

컴퓨터는 크게 데이터와 명령어로 구성이 되어있다고 볼 수 있다.

1. 데이터

컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보 그리고 컴퓨터와 주고받는 정보나 컴퓨터에 저장된

정보를 가리킬 때 데이터라는 표현을 한다.

 

2. 명령어

컴퓨터를 실질적으로 작동시키는 정보

 

"안녕하세요"를 출력하라

"안녕하세요" 는 데이터

를 출력하라는 명령어

 

 

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컴퓨터의 4가지 핵심 부품

컴퓨터를 이루는 핵심부품에는 CPU(중앙처리장치), 주기억장치(메모리), 보조기억장치, 입출력장치가 있다.

 

 

1. 메모리

메모리는 우리가 흔히 컴퓨터에서 보는 초록색 판을 말한다. RAM이라고 불리는 이 장치는 전원이 꺼지면 데이터가 날라가는

휘발성메모리이다.

 

 

메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품으로 프로그램이 실행되려면 반드시 메모리에

저장이 되어있어야 한다. 컴퓨터가 빠르게 작동하기 위해서는 메모리 속 명령어와 데이터의 위치가 정돈되어 있어야 하는데 이를 위해서 메모리는 주소라는 개념을 사용한다.

• 1번지와 2번지에는 명령어를 저장
• 3번지와 4번지에는 데이터를 저장되어있는 모습

메모리의 특징

• 프로그램이 실행되기 위해서는 반드시 메모리에 저장되어 있어야 한다.
• 메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장한다.
• 메모리에 저장된 값의 위치는 주소로 알 수 있다.

 

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CPU(중앙처리장치)

cpu는 메모리에 저장된 명령어를 읽고 해석하고 실행하는 부품이다.

 

cpu에서 가장 중요한 요소 3가지

1. ALU(산술논리연산장치) : 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산을 수행한다.
2. 레지스터 : 프로그램을 실행하는 데 필요한 값들을 임시로 저장한다. CPU안에 여러 개의 레지스터가 존재한다.
3. 제어장치 :  제어신호라는 신호를 내보내 명령어를 해석하는 장치

컴퓨터가 명령을 실행하는 과정

 

제어장치가 제어신호를 보내 메모리의 1번지에 있는 명령어를 읽어온다.

 

메모리 1번지에 저장된 명령어를 CPU에 넘겨주고 이를 레지스터에 임시저장한다. 이후 제어장치는 레지스터에서

명령어를 가져와 해석하고 추가적인 데이터가 필요하다고 판단하고 '메모리 읽기'제어신호를 보내 3번지와 4번지의 데이터를 불러오도록 한다.

 

메모리가 3번지와 4번지의 데이터를 CPU에 넘겨주고 이를 레지스터에 임시저장한다. 

ALU가 명령어에 따라 연산을 실행하고 결괏값은 레지스터에 저장된다. 

1번지의 명령어는 종료된다.

 

제어장치가 '메모리 읽기' 제어신호를 보내 2번지의 명령어를 읽어오도록 한다.

 

 

메모리는 2번지의 명령어를 CPU에게 건내주고 레지스터에 저장된다. 제어장치는 명령어를 해석 후 저장해야 한다고 판단한다.

 

제어장치가 '메모리 쓰기' 제어신호를 계산값과 함께 메모리로 보내고 메모리가 5번지에 데이터를 저장하면 두 번쨰 명령어의 실행도 끝남

 

CPU의 특징

• 메모리에 저장된 값을 읽어 들이고, 해석, 실행하는 장치
• 내부에는 ALU,레지스터, 제어장치가 있다.
• ALU는 계산하는 장치, 레지스터는 임시 저장 장치, 제어장치는 제어 신호를 발생시키고 명령어를 해석하는 장치

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보조기억장치

보조기억장치는 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃는 메모리대신 데이터를 저장할 수단이다.

보통 SSD나 HDD가 보조기억장치이다. 

 

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메인보드와 시스템 버스

컴퓨터의 주요 부품들을 장착한 판을 마더보드라고 부르며 마더보드에는 각 부품들마다 정보를 교환할 수 있는 통로가 있는데 이걸을 버스라고 부른다. 버스에는 다양한 종류가 있지만 컴퓨터의 CPU,메모리, 보조기억장치, 입출력장치등을

연결하는 버스를 시스템버스라고 부르며 가장 중요한 버스라고 할 수 있다.

 

시스템버스 3가지로 구성되어 있다.

1. 주소버스 : 주소를 주고받는 통로
2. 데이터 버스 : 명령어와 데이터를 주고받는 버스
3. 제어 버스 : 제어 신호를 주고 받는 통로

 

시스템버스로 신호가 가는 모습

제어장치가 메모리로 제어신호를 보낼 때 읽고자하는 주소는 주소버스를 통해 보내고 제어신호는 제어버스를 통해 보내게 된다. 데이터를 쓰는 경우도 똑같이 제어버스를 통해 메모리에 쓴다는 제어신호를 보내고 데이터버스를 통해 저장할 데이터 그리고 주소버스를 통해 저장할 메모리 주소를 보내게 된다.