[컴퓨터 구조] 1, 2주차 정리

경희대학교 컴퓨터공학부 김정욱 교수님의 컴퓨터 구조 강의 내용을 기반으로 한 정리

 

 

Class of Computing Applications

PC(Personal Computer)

• 다목적 microcomputer(마이크로 프로세서를 cpu로 사용하는 컴퓨터)
• 크기, 용량, 가격 면에서 개인적으로 사용하기에 적합
• PC는 보통 다음 part들을 포함

• computer case
• power supply
• motherboard(메인보드)
• random access memory(RAM) -> contemporary data(power off -> gone)
• Hard disk -> real data(power off -> save)
• External devices(e.g., visual display, keyboard, printer, etc.)

Server

• multi user computer
• 동시에 multiple users가 사용할 수 있는 larger programs를 돌리기 위해 사용
• 네트워크를 통해 접근
• pc와 같은 기술구조, but larger computing, storage, input/output capacity

Supercomputer

• Extreme case of the server
• 큰 규모의 processors & memory & costs

Embedded computer

• 다른 기기 안에 있는 컴퓨터 -> 미리 제작된 application(응용 프로그램)
• hardware 안에 미리 내장되기에, 한 번 import하면 변경이 어려움

PMD(Personal Mobile Device)

• no keyboard and mouse
• touch-sensitive screen

Cloud computing

• store, manage and access data online
• lower cost

server -> 내부망도 포함하는 개념

cloud -> 내부망으로만 접근 불가능

 

Hard Disk Storage 용량의 차이?

용량이 표기 상으로 1TB 인 하드 디스크가 있다면 제조사에서는 편리를 위해 1TB = 1,000GB = 1,000,000MB = 1,000,000,000KB = 1,000,000,000,000Byte 를 저장할 수 있다고 표시합니다 . 그런데 , 윈도우에서는 1024 로 나누어 1,000,000,000,000Byte = 976,562,500KB = 953,674MB = 931GB (= 0.909TB) 가 되어서 , 최종적으로 931GB 로 표시됩니다 .

(출처: https://cs-apj-static.ext.hp.com/css-apj-km/KR/doc/5c1f90eca3fcabd69627d0c00e5ba83e/googleContent.html)

 

-> 표기상으로는 편리하게 1000으로 나누지만 실상은 1024로 나눔

 

Eight Great Ideas in Computer Architecture

• 무어의 법칙, 2-3년마다 IC 개수가 약 2배씩 늘어남 -> 요즘 틀리기 시작함
• 디자인을 간단하게 보기 위해 -> 추상화
• common case fase -> cache memory, 자주 쓸 것들은 make faster
• parallelism
• pipelining
• prediction -> 다음에 뭐 쓸지 예상, 미리 준비
• Hierarchy of memories -> 메모리의 계층적 구조, cache memory <-> disc
• redundancy-> 중복되는 값들 여러 개 놓고, 맞는 것들을 이용 -> 신뢰성 향상

 

Below Our Programs

Applications software

• 특정 기능을 수행하는
• 프로그램, 워드, 메일, 문서, 유튜브

systems software

• 컴퓨터 시스템 운영에 필요한 프로그램
• Operating system -> hardware wroks를 control하는 sw
• windows, macOS, Linux, etc.

Compiler

• high-level language 번역
• C, Java 등의 언어 번역

Hardware

• 보조기억장치, 출력장치, 주기억장치, 입력장치, 중앙처리장치

High-level programe languages

Assembly languages

Binary machine languages

• 이진법 표현

 

Performance Growth per Unit Cost

• Integrated ciurcuit -> 수백개의 트랜지스터가 하나의 chip에 존재
• VLSI(Very Large-Scale Intergrated circuit)

 

Performance Growth in DRAM

• DRAM: 저장된 데이터가 시간과 전원의 끊김에 따라 소멸되는 RAM

 

Measuring Performance

Measurement of Performance

• Clock speed
• CPI(Clock Cycles per Instruction)
• MIPS(Millions of Instructions per Second)
• Etc.

 

Performance

Defining performance

• 상황에 따라 성능이 다르게 평가될 수 있다.

-> passenger capacity, cruising speed, 기준을 바꾸면 성능 지표도 달라진다.

 

Time

• response time(execution time): Second(s)/Program

CPU execution time

• CPU Clock cycles와 Clock cycle time과 관계있다.

CPU clock cycle

 

• CPU execution time = CPU clock cycles for a program * Clock cycle time = CPU clock cycles for a program / Clock rate
• Clock cycles Per Instruction (CPI) -> 각 명령이 수행되기 위해 필요한 clock cycle 개수
• CPU clock cycles = Instructions for a program X Average clock cycles per instruction

 

CPU performance equation

CPU time = Instruction count * CPI * Clock cycle time = Instruction count * CPI / Clock rate

 

 

Understanding Program Performance

Algorithm(Instruction count, CPI)

• 프로그램의 instructions & 프로세서의 instructions를 결정
• slower or faster instructions -> CPI에도 영향

Programming Language

• instruction count에 영향을 준다 -> language가 processor instructions로 변환되기 때문
• CPI에도 영향을 줌

Compiler

• source language instructions를 computer instructions로 변환하는 과정을 결정함

Instructions Set Architerture (ISA)

• 명령어 집합 구조 -> 덧셈, 곱셈과 같은 약속들을 CPU에서 정해둔 것
• 함수마다 필요한 명령어 수가 다르고, 각 명령어마다 필요한 cycles 또한 다름, processor의 전체 clock rate도 다름

 

The Power Wall

• Clock rate & Power는 서로 연관됨, 10년동안 가파르게 성능이 오르다가, 최근에 완만해짐

MIPS(Million Instructions Per Second)

• 백만개의 명령어를 가진 프로그램의 실행시간 -> 측정

Three issues of using MIPS

1. MIPS는 실행속도를 의미하지, 명령어 하나가 얼마나 많은 일을 수행하는지 알 수 없다.
2. 같은 컴퓨터에서도 어떤 프로그램을 실행하느냐에 따라 MIPS 값을 다르다
3. 새 프로그램이 더 많은 수의 명령어를 실행하지만 각각의 명령어 속도가 빠르다면 -> MIPS는 performance와는 독립적으로 다양해질 수 있다.

 

Summary

Execution time -> 얼마나 명령어를 적게 사용하느냐, 얼마나 clock cycle이 적은 명령어를 사용하느냐, 얼마나 cpu가 좋으냐