Chapter 01 : 컴퓨터 구조의 시작

컴퓨터 구조를 알아야 하는 이유

 컴퓨터 구조는 실력있는 개발자가 되려면 반드시 알아야 할 기본 지식이다. 동일한 코드를 작성했는데도 어느 컴퓨터에서는 작동이 되고, 어느 컴퓨터에서는 작동이 되지 않을 때, 컴퓨터 구조를 이해하고 있는 사람은 컴퓨터 내부에서 문제 해결의 실마리를 찾아낼 수 있다.

 

컴퓨터가 이해하는 정보

 컴퓨터가 이해하는 정보에는 크게 데이터와 명령어, 두 가지가 있다. 

• 데이터 : 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보
• 명령어 : 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보

 컴퓨터의 4가지 핵심 부품

 컴퓨터의 핵심 부품에는 중앙처리장치(CPU; Central Processing Unit), 주기억장치(Main Memory), 보조기억장치(Secondary Storage), 입출력장치(Input/Output (I/O) Device)가 있다. 이 네 가지 부품의 역할만 이해해도 컴퓨터 작동 원리를 대부분 파악할 수 있다.

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 위 그림은 해당 부품들의 대략적인 구조이다.

 

메모리(주기억장치)

 메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품이다.

• 프로그램이 실행되기 위해서는 반드시 메모리에 저장되어 있어야 한다.
• 메모리에 저장된 값의 위치는 주소로 알 수 있다. 

CPU

 CPU는 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 읽어 들인 명령어를 해석하고, 실행하는 부품이다. 

 

 CPU 내부 구성 요소 중 핵심으로 다음 세 가지가 있다.

• 산술논리연산장치(ALU; Arithmetic Logic Unit) : 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산을 담당하는 부품
• 레지스터(Register) : CPU 내부의 작은 임시 저장 장치, 프로그램을 실행하는 데 필요한 값들을 임시로 저장
• 제어장치(CU; Control Unit) : 제어 신호(control signal)라는 전기 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 장치

 CPU가 메모리에 저장된 정보를 읽고 싶을 때는 메모리를 향해 메모리 읽기, 저장하고 싶을 때는 메모리 쓰기라는 제어신호 보낸다.

 

보조기억장치

 앞서 소개한 메모리는 가격이 비싸 저장 용량이 적고, 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃어버린다.

 

 이런 메모리의 단점을 보완하고자, 저장 용량이 크고 전원이 꺼져도 저장 내용을 유지하는 메모리를 보조하는 저장 장치가 보조기억장치이다. 

 

 ex) 하드 디스크, SSD, USB 메모리, DVD, CD-ROM ..

 

입출력장치

 입출력 장치는 마이크, 스피커, 프린터, 마우스, 키보드처럼 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치이다.

 

 + 보조기억장치도 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환한다는 의미에서, 보조기억장치와 입출력장치를 통틀어 주변장치(peripheral device)라 하기도 한다.

 

메인보드와 시스템 버스

 위에서 설명한 컴퓨터 핵심 부품 모두 메인보드라는 판에 연결된다. (+마더보드라고도 부름)

 

 메인보드에 연결된 부품들은 버스(bus)라는 통로를 통해서 서로 정보를 주고 받을 수 있다. 버스에는 여러가지가 있지만, 컴퓨터 네 가지 핵심 부품을 연결하는 가장 중요한 버스는 시스템 버스(system bus)이다. 시스템 버스에는 아래 세 가지 버스로 구성되어 있다.

• 주소 버스(address bus) : 주소를 주고받는 통로
• 데이터 버스(data bus) : 데이터를 주고받는 통로
• 제어 버스(control bus) : 제어 신호를 주고받는 통로

 예를 들어 CPU가 메모리에 있는 정보를 읽을 때, 제어 버스로 '읽기 신호'를 메모리로 보내고, 주소 버스로 읽고자 하는 정보가 저장된 주소를 내보낸다. 그러면 메모리는 데이터 버스로 해당 주소에 저장된 정보를 전송해준다.

 

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  출처 : 강민철, <혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제>, 한빛미디어(주), 2022.08.16