컴퓨터의 구성에 대해 알아보자.

컴퓨터의 구성에 대해 알아보자.

해당 포스팅은 운영체제개론(김대영, 이선근/ 공학교육사)를 공부하고 참조하여 작성하였습니다.

오늘은 운영체제에 대해 공부하기 전, 컴퓨터 구성에 대해 알아보겠습니다.

1. 컴퓨터 개요

입력 데이터를 처리하여 정보를 출력시키는 시스템으로, 수많은 장치와 주변기기로 구성되어 있습니다.

컴퓨터 구성

① 하드웨어

- 컴퓨터의 물리적인 구성으로, 기계적인 장치를 의미합니다.

- 중앙처리장치(연산장치, 제어장치, 주기억장치)와 주변장치(보조기억장치, 입출력장치)로 구성되어있습니다.

▷ 컴퓨터 5대 장치

연산장치, 제어장치, 기억장치, 입력장치, 출력장치

▷ 컴퓨터 5대 특징

정확성, 신속성, 대용량성, 범용성(컴퓨터를 여러 용도로 사용할 수 있는 성질), 호환성(하드웨어 또는 소프트웨어를 여러 컴퓨터에서 교환하여 사용할 수 있는 성질)

② 소프트웨어

- 컴퓨터의 논리적인 구성으로, 하드웨어를 운영하기 위한 명령들의 집합이며, 일반적으로 프로그램이라고도 표현합니다.

- 시스템 소프트웨어와 응용 소프트웨어로 구성되어 있습니다.

▷ 컴퓨터 성능평가 요소

데이터 처리 단위 및 처리량, CPU 성능 단위(클록속도, MIPS, FLOPS)로 컴퓨터 성능을 평가합니다.

*클럭속도(Hz) : CPU 동작 클럭 주파수를 의미합니다.

*MIPS : 1초당 100만개 명령어 연산의 횟수를 의미합니다.

*FLOPS : 1초당 부동소수점 연산 횟수를 의미합니다.

2. 중앙처리장치(CPU; Central Processing Unit)

- 사람의 두뇌와 같이 컴퓨터의 모든 장치를 제어하고, 명령을 실행합니다.

- 연산장치, 제어장치, 레지스터, 버스로 구성되어 있습니다.

▷ 연산장치(산술논리연산장치, ALU; Arithmetic & Logic Unit)

- 제어장치의 명령에 의해 산술, 논리연산등을 수행합니다.

- 가산기, 누산기, 시프트 레지스터 등으로 구성되어 있습니다.

▷ 제어장치(CU; Control Unit)

- 컴퓨터 장치들의 동작을 지시하고, 제어합니다.

- 주기억장치에서 명령어를 인출하여 해독한 다음, 제어신호를 각 장치에 보내 명령어를 수행합니다.

- 프로그램 카운터(PC), 명령 레지스터, 명령 해독기 등으로 구성되어 있습니다.

▷ 레지스터(Register)

- CPU에서 처리할 명령이나 처리된 데이터 등을 임시로 기억합니다.

- 레지스터는 아래의 구성요소로 구성되어 있습니다.

① 프로그램 카운터(PC; Program Counter) : 다음에 수행 할 명령어의 주소가 기억되며, 명령어의 수행 순서를 나타냅니다.

② 메모리주소 레지스터(MAR; Memory Address Register) : 메모리에 입출력되는 데이터의 주소를 기억합니다.

③ 메모리버퍼 레지스터(MBR; Memory Buffer Register) : 메모리에 입출력되는 데이터를 기억합니다.

④ 명령 레지스터(IR; Instruction Register) : 현재 실행중인 명령어를 기억합니다.

⑤ 누산기(AC; Accumulator) : 연산에 이용되는 데이터 또는 연산결과를 일시적으로 기억합니다.

⑥ 시프트 레지스터(Shift Register) : 곱셈과 나눗셈 연산시 사용되며, 두배길이 레지스터(?)라고도 합니다.

⑦ 프로그램상태 레지스터(Program Status Register) : 프로그램이 수행될 때마다, 프로그램 수행상태를 포함한 CPU 상태를 나타냅니다.

⑧ 메이저스테이트 레지스터(Major State Register) : CPU가 현재 무엇을 수행하고 있는지를 나타냅니다.

▷ 버스(BUS)

- CPU, 메모리, 입출력장치 등 간, 정보를 교환하기 위해 사용되는 공용 전송로입니다.

- 아래는 버스의 종류입니다.

① 주소버스(Address Bus) : 메모리 또는 입출력장치의 번지를 지시하며, 기억장치의 크기를 결정할 때, 사용됩니다. (단방향회선)

② 데이터버스(Data Bus) : 메모리 또는 입출력장치 간, 데이터 전송시 사용됩니다. (양방향회선)

③ 제어버스(Control Bus) : 메모리 또는 입출력 장치 간, 제어신호 전송시 사용됩니다. (단방향회선)

3. 기억장치(Memory) 개요

- 데이터나 프로그램을 저장하는 곳으로, 일반적으로 주기억장치와 보조기억장치로 분류합니다.

- 주기억장치에는 램(RAM), 롬(ROM), 자기코어(Magnetic Core)등이 있다.

- 보조기억장치에는 자기디스크(Magnetic Disk), 광디스크(Optical Disk), 자기드럼(Magnetic Drum), 자기테이프(Magnetic Tape)

- 그 외 특수기억장치로 캐시메모리(Cache Memory), 연관메모리(Associative Memory), 복수모듈메모리(Memory Interleaving), 가상메모리(Virtual Memory) 등이 있습니다.

▷ 기억장치 주소단위

- Byte 또는 Word를 사용합니다. → 바이트는 8비트 워드는 컴퓨터 설계시 정해지는 기본단위를 의미합니다.

▷ 기억장치 특성

① 기억장치 용량 : 일반적으로 Byte를 사용하며, 기억장치의 저장능력을 의미합니다.

② 접근시간(Access Time) : 기억장치에 읽기명령을 내린 후 부터 실제 기억 장치의 데이터의 읽기가 시작될 때까지 걸리는 시간입니다.

③ 사이클시간(Cycle Time) : 기억장치에 읽기명령을 내린 후 부터 다음 읽기 명령을 내릴 수 있을 때까지의 걸리는 시간입니다.

④ 대역폭(Band Width) : 기억장치에서 초당 전송되는 최대 정보량을 의미하며, 대역폭이 높을수록 전송량은 많아집니다.

4. 주기억장치(Main Memory, Main Storage)

- 현재 실행중인 프로그램이나 데이터가 저장되는 곳으로, CPU가 직접 참조할 수 있습니다.

- 램, 롬, 자기코어가 대표적입니다.

▷ RAM(Random Access Memory)

- 읽고 쓰기가 자유로우며, 휘발성(Volatile) 성질이 있습니다.

*휘발성 : 전원이 꺼지면 메모리에 기억된 내용이 사라집니다.

- 일반적으로 램은 주기억장치를 의미합니다.

▷ RAM의 분류

	DRAM(동적 램)	SRAM(정적 램)
소자	콘덴서	플립플롭
속도	느림	빠름
가격	저가	고가
직접도	높음	낮음
재충전	필요함	불필요함
소비전력	낮음	높음
용도	주기억장치	캐시메모리 등

▷ ROM(Read Only Memory)

- 읽기만 가능하며, 비휘발성 성질이 있습니다.

- 기본입출력시스템(BIOS), 자체진단 프로그램(POST), 모니터(Monitor) 프로그램 등에 사용합니다.

기본입출력시스템 : 입출력장치를 제어하는 프로그램으로, 보통 롬에 저장되며, ROM-BIOS라고도 합니다.

*CMOS : ROM-BIOS에 내장된 읽고, 쓰기가 가능한 램으로, 컴퓨터 부팅시 하드웨어정보(디스크, 램 등)가 저장되며, CMOS가 손상되면 컴퓨터 하드웨어 정보를 알 수 없기 때문에 하드웨어가 작동하지 못하게 됩니다.

*자체진단 프로그램 : 컴퓨터 전원이 공급되면, 하드웨어가 올바르게 동작하는지 확인하는 프로그램입니다.

*모니터 프로그램 : 컴퓨터 시스템을 관찰하고 제어하기 위한 특수 프로그램입니다.

▷ ROM 분류

- Mask ROM : 미리 프로그래밍 되어 대량생산되며, 사용자가 임의로 변경할 수 없습니다.

- PROM(Programmable ROM) : 사용자가 한 번 내용을 수정할 수 있습니다.

- EPROM(Erasable PROM) : 사용자가 자외선을 이용하여 내용을 자유롭게 수정할 수 있습니다.

- EEPROM(Electronic EPROM) : 사용자가 전기를 이용하여 내용을 자유롭게 수정할 수 있습니다.

▷ 자기코어(Magnetic Core)

- RAM, ROM이 나오기 전, 사용된 주기억장치이며, 전류일치기술을 사용하여 기억장소를 선택합니다.

- 자기코어에서 데이터를 읽으면, 없어지는 파괴메모리로 재저장시간이 필요합니다.

- 구동선 2개, 센스선 1개, 금지선 1개로 구성되어 있습니다.

5. 보조기억장치(Auxiliary Memory)

- 주기억장치의 기억용량이 부족하여 그것을 보조하기 위한 장치로, 비휘발성의 성질을 가집니다.

- 자기디스크(Magnetic Disk), 광디스크(Optical Disk), 자기드럼(Magnetic Drum), 자기테이프(Magnetic Tape) 등으로 구성되어 있습니다.

▷ 자기디스크(Magnetic Disk)

- 자성물질을 입힌 금속원판을 여러 장 겹쳐서 만듭니다.

- 하드디스크, 플로피디스크 등으로 구분됩니다.

- 직접접근저장장치(DASD; Direct Access Storage Device)로 직접(Direct, Random) 및 순차(Sequential) 처리가 가능합니다.

*직접접근저장장치 : 기억장치에 직접 데이터를 읽기, 쓰기가 가능합니다.

- 접근(Access) 속도가 매우 빠르며, 데이터의 추가, 삭제가 용이합니다.

▷ 자기디스크 구성요소 및 구조

(http://www.datarecoverytools.co.uk/2009/12/22/chs-lba-addressing-and-their-conversion-algorithms/)

- 디스크 : 자성물질을 입힌 금속원판으로 하나의 축에 여러 디스크가 연결됩니다.(Platter)

- 헤드 : 디스크에 데이터를 읽기, 쓰기 합니다.

- 엑세스 암 : 헤드를 움직입니다.(Boom)

- 트랙 : 회전축을 중심으로 한 동심원입니다.

- 섹터 : 트랙을 일정구역으로 나눈 부분입니다.

- 실린더 : 동일 위치에 있는 트랙의 집합입니다.

▷ 자기디스크 접근시간(Access Time)

- 탐색시간(Seek Time) : 헤드가 트랙까지 도달하는데 걸리는 시간입니다.

- 회전지연시간(Search Time, Latency Time, Rotational Delay Time) : 디스크가 회전하여 섹터가 헤드까지 도달하는 데 걸리는 시간입니다.

- 전송시간(Transmission Time) : 데이터 전송 시 걸리는 시간입니다.

- Access Time = Seek Time + Search Time + Transmission Time

*디스크 접근시간의 단계별 수행시간 순서(느림 -> 빠름) : 탐색시간 -> 회전지연시간 -> 전송시간

▷ 레이드(RAID; Redudant Array of Inexpensive Disks)

- 여러 개의 하드디스크를 마치 하나의 하드디스크처럼 사용하는 논리적 방식입니다.

- 표준 레이드 레벨에는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6이 있습니다.

▷ 광디스크(Optical Disk)

- 아크릴 수지 기판에 알루미늄 등 금속 기록막을 입혀 만듭니다.

- 직접접근저장장치로 직접 및 순차 처리가 가능합니다.

▷ CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)

- 지름 12cm 크기에 읽기만 가능하며, 약 700MB 데이터를 저장할 수 있습니다.

- CD-R, CD-RW 등으로 발전해 왔습니다.

*CD-R : 사용자가 한 번 데이터를 기록할 수 있습니다.

*CD-RW : 대략 1000회 정도 데이터를 재기록할 수 있습니다.

▷ DVD-ROM(Digital Video Disk-ROM)

- CD와 같은 크기로 디스크 양면을 사용할 수 있으며, 4.7GB ~ 17GB의 데이터를 저장할 수 있습니다.

- DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM 등으로 발전해왔습니다.

*DVD-R : 사용자가 데이터를 한 번 기록할 수 있습니다.

*DVD-RW : 사용자가 약 1000번까지 데이터를 재기록할 수 있습니다.

*DVD-RAM : 한쪽면은 2.6GB, 양쪽면은 5.2GB이고, DVD-RW에 이어 차세대 PC대용량 매체로 규격화되었습니다.

▷ 자기드럼(Magnetic Drum)

- 원통표면에 트랙과 섹터가 있으며, 트랙마다 헤드가 있습니다.

- 자기디스크보다 접근속도가 빠르지만 부피가 크고, 용량이 적어 거의 사용되지 않습니다.

- 직접접근저장장치로 직접 및 순차 처리가 가능합니다.

▷ 자기테이프(Magnetic Tape)

- 자성물질을 플라스틱 테이프에 입혀 만듭니다.

- 순차접근저장장치로 순차 처리만 가능합니다.

- 저장용량이 커서 백업으로 사용합니다.

- 플래시 메모리 : 비휘발성 보조기억장치로 디지털카메라, MP3, USB 메모리 등의 휴대용 기기에서 사용됩니다.

- ZIP 디스크 : 아이오메가사에서 개발된 보조기억장치이며 플로피디스크와 비슷한 크기로, 100MB 또는 250MB의 데이터를 저장 할 수 있습니다.

- SSD(Solid State Disk) : 반도체를 이용하여 정보를 저장하는 보조기억장치이다. HDD에 비하여 속도가 빠르고, 크기도 작아 현재 많이 사용되고 있습니다.

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오늘은 운영체제 공부 전, 컴퓨터의 구성에 대해 알아보았습니다.

은근 내용이 많아서 좀 더 이어질 것 같네요.

가볍게 읽어보고 넘어가면 될 것 같습니다.

감사합니다!