본 글은 "개발자를 위한 컴퓨터공학 1: 혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제" 공부하고 정리한 글입니다.
컴퓨터가 이해하는 정보
- 컴퓨터는 0과 1로 표현된 정보만을 이해하고 있다.
- 0과 1로 표현되는 정보에는 크게 두가지 종류가 있는데 데이터와 명령어가 있다.
| 데이터 | 명령어 |
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ex) "1"과 "2"는 데이터이고, '더하라 1,2'는 명령어이다.
컴퓨터의 4가지 핵심 부품
- 중앙처리장치(CPU) : CPU내부에는 ALU(산술논리연산장치), 제어장치, 여러 레지스터
- 주기억장치(메모리, RAM) : 메인보드 내 시스템버스와 연결
- 보조기억장치 : 메인보드 내 시스템버스와 연결
- 입출력장치 : 모니터, 키보드, 마우스 등은 메인보드 내 시스템 버스와 연결
메모리
- 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품
- 프로그램이 실행되려면 반드시 메모리에 저장되어 있어야 한다.
- 메모리에는 저장된 값에 빠르고 효율적으로 접근하기 위해 "주소" 라는 개념이 사용된다.
- 주소
CPU
- 컴퓨터의 두뇌로 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 읽어 들인 명령어를 해석하고, 실행하는 부품이다.
- CPU 내부 구성 요소 중에 산술논리연산장치(ALU), 레지스터, 제어장치가 있다.
- 산술논리연산장치(ALU)
- 계산만을 위해 존재하는 부품, 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산은 ALU가 도맡아서 수행한다.
- 레지스터
- CPU 내부의 작은 임시 저장 장치로 프로그램을 실행하는데 필요한 값들을 임시로 저장
- 여러 개의 레지스터가 존재하고 있으며 각기 다른 이름과 역할을 가지고 있다.
- 제어장치와 제어신호
- 제어신호는 간단하게 메모리 읽기/ 메모리 쓰기 등이 있다.
- 제어신호는 명령어를 해석하는 장치이다.
1. 제어장치 1번지에 저장된 명령어를 읽어 들이기 위해 메모리에 '메모리 읽기' 제어 신호를 보낸다.
2. 진행과정
- 1번이 끝나면 "더하라, 3번지와 4번지" 제어신호에 의해 CPU 레지스터에 임시 저장된다.
- 제어장치는 읽어드린 "더하라, 3번지와 4번지"에 대한 명령어를 해석 3번지와 4번지에 저장된 데이터가 필요하다고 판단
- 제어장치는 3번지와 4번지의 데이터를 읽기위해 메모리에 "메모리 읽기" 제어 신호를 보낸다.
3. 진행과정
- "메모리 읽기" 제어신호에 의해 3번지, 4번지에 있던 데이터가 CPU의 서로 다른 레지스터에 저장된다.
- ALU(산술연산장치)는 읽어 들인 데이터로 연산을 수행한다.
- 계산의 결괏값은 다른 레지스터에 저장된다.
- 계산이 끝났다면 첫번째 명령어의 실행은 끝이 난다.
- 그 다음 제어장치는 다음 명령어를 읽기위해 "메모리 읽기" 제어 신호를 보낸다. "저장하라, 연산 결과를" 명렁어를 처리하게 된다.
4 진행과정
- 제어장치에 의해 새로운 명령어 "저장하라, 연산의 결과를"은 CPU의 레지스터에 저장된다.
- 제어장치는 이 명령어를 해석한 뒤 메모리에 계산 결과를 저장해야 한다고 판단
5. 진행과정
- 제어장치는 계산 결과를 저장하기 위해 메모리에 "메모리 쓰기" 제어 신호와 함께 계산 결과인 220을 보낸다.
- 메모리가 계산 결과를 저장하면 두번째 명령어의 실행도 끝이 난다.
CPU는 메모리에 저장된 값을 읽어 들이고, 해석하고, 실행하는 장치이다.
CPU는 내부에는 ALU, 레지스터, 제어장치가 있다.
ALU는 계산하는 장치, 레지스터는 임시 저장 장치, 제어장치는 제어 신호를 발생시키고 명령어를 해석하는 장치이다.
보조기억장치
- 앞선 메모리의 치명적인 단점은 가격이 비싸고 저장용량이 작다. 또한 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃는 휘발성 메모리이다.
- 보조기억장치는 메모리보다 크기가 크고 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는 비휘발성 메모리이다.
- 하드디스크, SSD, USB메모리, DVD, CD-ROM가 보조기억장치라고 할 수 있다.
| 주기억장치(RAM, 메모리) | 보조기억장치 |
| 휘발성 메모리 | 비휘발성 메모리 |
| "실행되는" 프로그램을 저장 | "보관할" 프로그램을 저장 |
입출력장치
- 모두가 잘 알고있는 프린트, 마우스, 키보드, USB등
- 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환할 수 있는 장치이다.
메인보드
- 앞서 말한 부품들은 모두 메인보드 판에 연결된다.
- 메인보드에 연결된 부품들은 서로 다른 정보를 주고 받을 수 있는데 메인보드 내부에 버스라는 통로가 있기 때문이다.
- 그 중 앞서 말한 부품들을 연결하는 가장 중요한 버스는 시스템 버스이다.
- 시스템 버스는 주소버스, 데이터 버스, 제어 버스 3가지로 나뉠 수 있다.
- CPU가 메모리 속 명령어를 읽어 들이기 위해 제어장치에서 "메모리 읽기"라는 신호를 보낼때 제어신호를 보낸다고 했지만,
- 제어버스에서 "메모리 읽기" 제어신호를 보내고
- 주소버스로 읽고자 하는 주소를 내보낸다.
- 데이터버스로 CPU가 요청한 주소에 있는 내용을 보낸다.
