내용

컴퓨터의 구성

내용

컴퓨터의 세대와 역사

컴퓨터의 구성요소: CPU, 주기억장치, I/O 장치, 상호연결망

컴퓨터의 기능

세대 연도 기술 속도(연산수/초)

1 1946-1957

40,000

2 1958-1964

200,000

3 1965-1971 SSI(Small Scale Integration) 1,000,000 4 1972-1977 LSI(Large Scale Integration) 10,000,000 5 1978-1991 VLSI(Very Large Scale Integration) 100,000,000 6 1991-현재 ULSI(Ultra Large Scale Integration) 1,000,000,000

컴퓨터 세대의 분류

제1세대 : 진공관(Vacuum Tubes)

ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer)

 최초의 범용 디지털 컴퓨터

 진공관 사용

 1943년에 개발에 착수하여 1946년에 완성, 1955년까지 운영

ENIAC의 특징

 10진수 사용

 기억장치: 10자리 10진수를 저장할 수 있는 20개의 누산기(accumulator)로 구성

 스위치를 이용한 수동 프로그래밍 방식

 크기: 140m²

진공관

저장형 프로그램(stored-program) 개념 도입(1945년)

 폰 노이만(John von Neumann)이 제안

 ENIAC의 수동식 프로그래밍의 문제를 극복

 저장프로그램 방식: 프로그램 코드도 데이터와 마찬가지로 기억장치에 저장하는 방식

 폰 노이만은 이 개념에 근거하여 IAS 컴퓨터를 개발



 이 개념이 오늘날의 모든 범용 컴퓨터에 적용됨

폰 노이만 기계 (von Neumann Machine)

UNIVAC(Universal Automatic Computer)

 최초의 상용 컴퓨터

 미국 통계청에서 사용

 후속 UNIVAC II, UNIVAC 1100 시리즈가 개발됨

IBM

 IBM 701(1953년) 컴퓨터 개발



 이 후 IBM 700/7000 시리즈를 개발

개발추세

 기술의 발전에 따라 보다 강력한 기능의 컴퓨터 개발이 가능하게 됨

 새 모델을 개발할 때 옛 모델과 호환성을 가지도록 개발

상용 컴퓨터

트랜지스터와 진공관의 차이

 크기 축소, 가격 하락, 발열량 감소, 실리콘으로 만든 고체 소자

DEC(Digital Equipment Corporation)의 등장

 PDP-1 미니 컴퓨터를 개발

IBM 7094

 IAS 컴퓨터와 달리 데이터 채널의 사용

 CPU가 직접 I/O을 수행하지 않음

제2세대 : 트랜지스터(transistor)

트랜지스터

PDP 1

마이크로전자기술(microelectronics): 디지털 전자회로의 크기를 축소하는 기술

컴퓨터에서 필요한 전자부품

 게이트(gate): 부울 함수(boolean function)를 구현해 주는 소자

 기억소자(memory cell): 한 비트의 정보를 저장할 수 있는 소자

컴퓨터에서 두 소자의 역할

 데이터 저장: 기억 소자에 의해 제공

 데이터 처리: 게이트에 의해 제공

 데이터 이동: 소자 간에 연결 경로에 따라 이동

 제어: 연결 경로는 데이터 뿐만 아니라 제어 신호의 이동 통로가 되며,이 신호는 게이트의 동작 여부를 결정

제3세대: 집적회로 (integrated circuits)

Gordon Moore

 Intel 의 공동 창업자

 1965년 논문에서 주장한 법칙

Moore의 법칙

 집적 밀도가 매년 두 배로 증가

 1970년대 이후에는 18개월마다 두 배로 증가함

Moore 법칙의 파급 효과

 집적 밀도가 증가하여도 칩의 가격은 거의 변하지 않음

 집적 밀도의 증가에 따라 소자 간에 통로가 짧아져 성능이 향상

 컴퓨터 크기가 감소

 전기 소모와 발열량이 감소

 칩 간에 연결 수가 줄어들어 신뢰성이 향상

무어의 법칙

IBM의 System/360 시리즈

 호환성있는(compatible) 첫 컴퓨터 계열

컴퓨터 계열(family)의 특징

 거의 유사하거나 같은 명령어 집합 사용

 거의 유사하거나 같은 운영체제 사용

 속도, I/O 포트의 수, 기억장치의 크기, 가격 증가



제3세대의 주요 컴퓨터

집적 회로(IC, Integrated Circuit) 기술

 반도체 기억장치와 프로세서 제조 기술에 적용

반도체 기억장치

 1970년도에 처음 개발

 기존 기억장치보다 크기나 성능면에서는 우수하였으나 가격 경쟁력이 부족함

마이크로프로세서

 인텔은 1971년에 4004 CPU를 개발

 하나의 칩에 CPU의 모든 요소를 포함

제3세대 이후

4004 8086 386DX 486DX Pentium Pentium 4

MHz 1.3-3.73 GHz 버스 폭 4 비트 16 비트 32 비트 32 비트 32 비트 64 비트

기억장치 640 바이트 1 MB 4 GB 4 GB 4 GB 64 GB

가상기억장치 64 TB 64 TB 64 TB

인텔의 마이크로프로세서 기술

정보량의 표시 방법

SI

IEC

Name(기호) Name(기호)

kilobyte (kB)

kibibyte (KiB) 2

megabyte (MB)

mebibyte (MiB) 2

gigabyte (GB)

gibibyte (GiB) 2

terabyte (TB)

tebibyte (TiB) 2

petabyte (PB)

pebibyte (PiB) 2

exabyte (EB)

exbibyte (EiB) 2

zettabyte (ZB)

zebibyte (ZiB) 2

yottabyte (YB)

yobibyte (YiB) 2

1024

데이터

통신

컴퓨터의 기본 구조

하드웨어(hardware)

시스템 소프트웨어(system software) 응용 소프트웨어

(application software)

1-15

하드웨어와 소프트웨어

하드웨어(hardware)



컴퓨터 정보들의 전송 통로를 제공해 주고, 그 정보에 대한 처리를 해주는 물리적인 장치들

소프트웨어(software)



정보의 이동 방향과 정보 처리의 종류를 지정해주고, 그러한 동작들이 일어나는 시간을 지정해주는

명령(command)들의 집합



시스템 소프트웨어(system software) : OS(Win 10, 7, Unix, Linux 등)



응용 소프트웨어(application software) : HWP

워드프로세서, 웹 브라우저, MS-Excel 등

컴퓨터 하드웨어의 주요 요소들

컴퓨터의 구성요소

중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit, Processor)

 컴퓨터의 동작을 제어하며, 데이터 처리 기능을 수행

주기억장치(main memory)

 데이터와 프로그램 코드가 저장되는 곳

입출력장치(I/O)

 컴퓨터와 외부 장치 간에 데이터를 이동시켜 주는 역할

시스템 상호연결(system interconnection)

 CPU, 주기억장치, I/O 간에 통신을 제공하는 메커니즘

컴퓨터의 구성요소

… 명령어 명령어 명령어

… 데이터 데이터

…

PC IR

MAR MBR I/O AR I/O BR

실행 장치

……

버퍼

CPU

I/O 모듈

주기억장치

시 스 템 버 스

PC : Program Counter IR : Instruction Register MAR : Memory Address Register MBR : Memory Buffer Register

I/O AR : Input/Output Address Register I/O BR : Input/Output Buffer Register

명령어 실행에 필요한 CPU 내부 레지스터 프로그램 카운터(Program Counter: PC)

 다음에 인출할 명령어의 주소를 가지고 있는 레지스터

 각 명령어가 인출된 후에는 자동적으로 일정 크기(한 명령어 길이)만큼 증가

 분기(branch) 명령어가 실행되는 경우에는 목적지 주소로 갱신

누산기(Accumulator: AC)

 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터.

 레지스터의 길이는 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 데이터 비트 수(단어 길이)와 동일

명령어 레지스터(Instruction Register: IR)

 가장 최근에 인출된 명령어 코드가 저장되어 있는 레지스터

명령어 실행에 필요한 CPU 내부 레지스터

기억장치 주소 레지스터(Memory Address Register: MAR)



PC에 저장된 명령어 주소가 시스템 주소 버스로

출력되기 전에 일시적으로 저장되는 주소 레지스터

기억장치 버퍼 레지스터(Memory Buffer Register: MBR)



기억장치에 쓰여질 데이터 혹은 기억장치로부터 읽혀진

데이터를 일시적으로 저장하는 버퍼 레지스터

CPU의 핵심 요소

제어장치(control unit)

 CPU의 동작을 제어

산술논리 연산장치(ALU, Arithmetic and Logic Unit)

 데이터 처리를 수행

레지스터(register)

 CPU 내부의 저장장치

CPU 상호연결

 제어장치, 산술논리 연산장치, 레지스터 간에 통신을 제공하는 메커니즘

컴퓨터 기능

기본 기능 : 프로그램을 실행

프로그램 : 주기억장치에 적재되어 있는 일련의 명령어 집합

명령어 주기(instruction cycle) : 두 단계로 구성

 인출 주기(fetch cycle)



 실행 주기(execution cycle)



명령어의 실행은 여러 개의 연산으로 구성됨

시작 다음 명령어를 인출 명령어를 실행

인출 주기 실행 주기

인출 주기 (fetch cycle)

주기억장치에서 다음 명령어를 인출하여 명령어레지스터에 저장

 PC(Program Counter) 레지스터 : 다음 명령어의 주소를 보관하고 있음

 명령어 레지스터(IR, instruction register) : 명령어를 잠시 보관해 두는 레지스터

PC 레지스터 값 증가시킴

 다음 명령어를 읽어 오기 위하여 준비

실행 주기 (execution cycle)

프로세서는 인출한 명령어를 해석(분석)한 다음 적절한 동작을 취한다.

 연산자 코드 : 명령어의 한 부분으로서 실행할 연산을 뜻함

프로세서가 취하는 동작(연산자 코드의 종류)의 예

 프로세서와 주기억장치 간에 데이터 이동

 프로세서와 입출력 모듈 간에 데이터 이동

 산술 또는 논리 연산 수행

 실행 순서의 변경

가상 컴퓨터에서의 실행 예

명령어 형식



OP code : 연산자 코드

 예 : ADD, SUB 등 실행할 연산을 지정

 가상 컴퓨터에서의 코드 예

 0001 : 메모리에 있는 값을 AC에 적재(LOAD)

 0010 : AC에 있는 값을 메모리에 적재(STORE)

 0101 : 메모리에 있는 값을 AC에 더함(ADD)



주소 : 처리할 데이터의 위치를 지정

OP code 주소

0 3 4 15

300 1 9 4 0 301 5 9 4 1 302 2 9 4 1

940 0 0 0 3 941 0 0 0 2

. . .

3 0 0 PC AC 1 9 4 0 IR

메모리 CPU 레지스터

300 1 9 4 0 301 5 9 4 1 302 2 9 4 1

940 0 0 0 3 941 0 0 0 2

. . .

3 0 1 PC 0 0 0 3 AC 1 9 4 0 IR

메모리 CPU 레지스터

300 1 9 4 0 301 5 9 4 1 302 2 9 4 1

940 0 0 0 3 941 0 0 0 2

. . .

3 0 1 PC 0 0 0 3 AC 5 9 4 1 IR

메모리 CPU 레지스터

300 1 9 4 0 301 5 9 4 1 302 2 9 4 1

940 0 0 0 3 941 0 0 0 2

. . .

3 0 2 PC 0 0 0 5 AC 5 9 4 1 IR

메모리 CPU 레지스터

3

2

5

300 1 9 4 0 301 5 9 4 1 302 2 9 4 1

940 0 0 0 3 941 0 0 0 2

. . .

3 0 2 PC 0 0 0 5 AC 2 9 4 1 IR

메모리 CPU 레지스터

300 1 9 4 0 301 5 9 4 1 302 2 9 4 1

940 0 0 0 3 941 0 0 0 5

. . .

3 0 3 PC 0 0 0 5 AC 2 9 4 1 IR

메모리 CPU 레지스터

단계 1 단계 2 단계 3

단계 4 단계 5 단계 6

가상 컴퓨터에서의 실행 예