Transcript 3.컴퓨터 시스템의 구조

제 3장 컴퓨터 시스템의 구조
목차
1. 컴퓨터 시스템의 기본구조
2. 중앙처리 장치
3. 명령어
4. 기억장치
5. 속도와 성능
제 3장 컴퓨터 시스템의 구조
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3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조
하드웨어 :
전자회로와
그 밖의 물리적인
장치로 이루어짐
컴퓨터
시스템
소프트웨어 :
하드웨어를
활용할 수 있는
기본적인
프로그램과 기술
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3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조
제 3장 컴퓨터 시스템의 구조
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3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조

컴퓨터의 내부 구조
컴퓨터의 구성 요소를 보여주는 것으로 중앙처리 장치를 중심으로
한 자료 신호와 명령 신호를 나타냄
cf. ALU: Arithmetic Logic Unit
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3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조
하드웨어(Hardware)
시스템 소프트웨어
: 컴퓨터를 효율적으로
운영하여 제어하기
위한 프로그램
-> 운영체제
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• 컴퓨터
시스템의
구성 요소
소프트웨어
(Software)
펌웨어(Firmware)
응용 소프트웨어
: 특정 분야의
업무를 처리하기
위한 프로그램
-> 한글, 엑셀 등
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3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조
 시스템 소프트웨어
- 사용자가 복잡한 컴퓨터 하드웨어를 모르고서도 유용하게 사용할 수 있도
록 도와주는 프로그램
- 컴퓨터를 작동시키고 다루기 위한 프로그램
- 사용자가 컴퓨터와 대화할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공함
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3.1 컴퓨터 시스템의 기본 구조

디바이스 드라이버(Device Driver)



하드웨어와 운영 체제의 중간에 위치하여 장치를 동작시키는 일
을함
우리말로 ‘장치 구동기’라고도 함
펌웨어(Firmware) p.109




시스템의 효율을 높이기 위한 ROM에 들어 있는 기본 프로그램
ROM에 고정되어 있기 때문에 하드웨어의 특성도 가지고 있지만
실제로는 소프트웨어에 더 가까움
소프트웨어를 하드웨어화 시킨 것으로 소프트웨어와 하드웨어의
중간에 해당함
전형적인 처리루틴, 비휘발성, 변경불가 등의 특징으로 특수한
영역에서 많이 사용됨
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3.2 중앙처리 장치
 마이크로 프로세서(Micro Processor)




중앙처리 장치를 한 개의 칩으로 구현한 것
연산 장치(ALU), 제어 장치(CU), 레지스터 등으로 구성
비트 수가 클수록 성능이 좋음
연산과 제어기능이 있기 때문에 소형 컴퓨터, 전자 제품
등에 사용됨
인텔 펜티엄 프로세서
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3.2 중앙처리 장치
 중앙처리 장치(CPU)의 구성
연산 장치(ALU)와 제어 장치(CU)로 구성됨
 연산장치 :




자료를 처리하고 계산하는 장치
산술연산 : 사칙연산
논리연산 : 논리합(OR), 논리곱(AND), 논리부정(NOT)
연산 장치와 다른 장치와의 관계
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3.2 중앙처리 장치

제어장치 :
 프로그램에 의해 주어지는 연산의 순서를 차례대로 실행하기 위
해 기억장치, 연산장치, 입출력 장치에 제어신호 발생함
 이들 장치로부터 신호를 받아 다음에 처리할 작업들을 제어하는
역할
 프로그램 제어
(1) 페치 단계(fetch cycle) : 기억 장치의 명령어를 호출하여 명
령어 레지스터에 저장하는 단계
(2) 실행 단계(execution cycle) : 명령어를 해독하여 실행하는 과
정
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3.3 명령어
• 명령어 사이클: 한 개의 명령어가 실행되는 시간

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

명령어 페치 : 주기억 장치에 기억되어 있는 프로그램 명령어를 호출하
는 과정
명령어 페치 사이클 :프로그램 카운터가 지시하는 명령을 명령 레지스
터에 페치함. 명령어를 해석하여 데이터에 대한 유효주소를 생성함
명령어 실행 사이클 : 데이터를 페치하고 명령어를 실행함
인터럽트 사이클 : 인터럽트가 발생하면 위의 두 사이클을 마친 후 인터
럽트를 처리함
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3.3 명령어
 명령어의 실행 과정


레지스터 : 실행의 중간 결과나 적은 양의 자료를 임시로 저장하
는 플립플롭(flip-flop)으로 구성되어 있고 중앙처리 장치 내의 임
시 기억 장치임
레지스터의 종류 p.115
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3.3 명령어
3, 2, 1, 0 – 주소 명령어 형식 비교

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

명령어를 처리 하는 방식은 주소의 수에 따라 3/2/1/0 주소
방식이 있음
여기서 OP(Operation)은 ADD, SUB, MUL, DIV 같은 연산을
의미함
0-주소 방식은 스택(Stack)을 사용하는 컴퓨터에서 사용됨
3-주소 명령어 형식
OP
주소 1
주소 2
주소 3
OP
주소 1
주소 2
2-주소 명령어 형식
OP
주소 1
1-주소 명령어 형식
OP
0-주소 명령어 형식
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3.3 명령어
• 식 X=B*(C+D*E-F/G))이 4가지 주소 형식에 의해 나타나는
각각의 명령어는 다음과 같음
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3.4 기억 장치
기억 장치 :
프로그램, 처리할 데이터, 처리된 결과 등을 저장하는 장치
 기능: 컴퓨터에서 사용하는 모든 프로그램이나 데이터를 기억
시켜 두고 필요할 때에 이용함
 분류: 기억 장치는 처리 속도와 사용 속도, 용도, 용량에 따라
주기억 장치, 보조기억 장치, 레지스터,캐쉬 등으로 나눠짐
 구조: 계층적 구조를 가지고 있으며 계층이 높을수록 기억 장치
속도가 증가하고 비트 당 기억 장치의 비용이 증가하며 기억용
량이 감소함
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3.4 기억 장치
 기억 장치의 분류

기억장치의 계층 구조는 기억장치를 효율적으로 배치하여 CPU의
처리속도와 I/O 속도의 차이를 해소하기 위한 전략임
기억 장치의 계층 구조
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3.4 기억 장치
 기억장치의 종류와 특징

캐시(cache): CPU와 M/M간의 속도 차이를 극복하기 위한 고
속의 메모리; M/M에 있는 내용 중 자주 사용되는 것을 캐시에
미리 복사해 두어 요구될 때 CPU로 이동; 정적 RAM으로 구성
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3.4 기억 장치
 주기억 장치

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


초기의 기억 소자는 자기코어를 사용하였음
지금은 대부분 고집적도의 반도체를 사용함
중앙처리 장치와 직접 자료를 교환할 수 있는 기억 장치
프로그램 수행에 필요한 기본적인 명령어와 데이터를 기억함
순간적으로 내용을 찾고 저장할 수 있는 임의 접근 기억 장치
 기억 매체 p.119-120
초창기
진공관
초창기
자기 코어
자성물질 링
(페라이트 코어)
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1970년대 초
트랜지스터를
집적한
반도체
현재
반도체기억소자
ROM, RAM
조셉슨 소자
VRAM
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3.4 기억 장치
 주기억 장치의 구성
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3.4 기억 장치
 주기억 장치의 종류와 특성
ROM
비휘발성: 전원 공급이 중단되어도 기억된 내용이 소멸되지 않음
기억된 내용은 자유롭게 읽을 수 있지만 데이터를 임의로 기억시킬 수 없음
주기억 종류 : Mask ROM, PROM, EPROM
장치
RAM
휘발성: 전원 공급이 중단되면 기억된 내용이 소멸됨
기억된 내용을 자유롭게 읽을 수 있고 데이터를 임의로 기억시킬 수 있음
종류 : 정적 RAM(SRAM), 동적 RAM(DRAM), VRAM
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3.4 기억 장치
 RAM
1. SRAM(Static RAM)
전원이 공급되는 한 내용이 기억되며, RAM으로서 복잡한 재생 클럭
이 필요 없고 속도는 빠르지만 가격이 비싸 작은 용량의 메모리에 사
용
2. VRAM(Video RAM)
VGA 카드와 같은 비디오 회로에 사용하기 위해 설계된 칩 p.120
3. DRAM(Dynamic RAM)
기억된 자료를 유지하기 위한 refresh pulse를 항상 공급해야 하
며, 가격이 싸 대용량에 적합하고, PC의 대부분의 RAM은 이 방식을
사용함; DRAM이 SRAM보다 집적도, 소비전력, 가격면에서 우위
속도순: SRAM > VRAM > DRAM
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3.4 기억 장치
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3.4 기억 장치
• 보조기억 장치
주기억 장치의 제한된 용량을 지원하는 장치로서 중/대형 컴퓨터에서는 자기
디스크, 자기 테이프 등을 쓰며, 개인용 컴퓨터는 플로피디스크, 하드디스크
CD, DVD 등을 주로 쓰고 있음
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3.4 기억 장치
 개인용 컴퓨터의 보조 기억 장치

플로피 디스크 : 보통 Diskette 이라 함
하드 디스크 : 가장 많이 쓰이고 있으며 가격대비 성능이 가장
우수함
CD-ROM : 멀티미디어 시대의 필수적 저장 매체로서 용량/가
격 비율이 가장 저렴함, 읽을 수만 있으며 1, 2, 4 배속 등의 속
도로 발전함[1x = 150 Kbyte/sec & 200~530RPM]
CD-RW : 기존의 읽기 전용 기능에 쓰기 기능이 가능한 매체임

cf. 멀티미디어개론 3장 멀티미디어의 플랫폼



하드 디스크
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3.4 기억 장치

USB flash drive :
 USB 포트에 꽂아 쓰는 플래시 메모리를 이용한 이동이 편
리한 저장 장치
 크기가 작아 휴대하기도 매우 간편함
 보안용 암호장치가 있어 자료를 안전하게 보관할 수 있음
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3.5 속도와 성능

CPU의 처리속도




1.
2.
3.
대표적인 CPU의 속도 지표는 Hz(Hertz)와 IPC(Instruction Per
Clock)임
Hz는 클럭 신호의 주파수를 표시
IPC는 클럭당 처리할 수 있는 명령어 처리수
CPU의 변천사 p.129, p.130
Intel 계열
PC 발전의 역사라고 할 수 있으며 8088에서 Pentium IV까지 생산
X86 계열
원래는 인텔 계열의 CPU를 지칭했으나, 최근에는 오히려 비인텔 계열
의 Intel 호환 CPU를 지칭함. 대표적인 제품군으로 AMD K5,K6 와
Cyrix 5x86,6x86 등
Motorola 계열
68XXX 계열 프로세서로 불리며 68000,68010,68020 등의 제품군을
가지며, RISC 방식이며 인텔과의 호환성은 없음. Power PC로 명칭을
바꾸며 애플과 IBM사와 합작으로 제조를 시작했으며, 애플컴퓨터에 쓰
이고, 최근에는 명칭을 G3, G4로도 부름
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3.5 속도와 성능
 데이터 전송방법

컴퓨터에서 데이터 전송은 버스(BUS)를 통하여 이루어짐

16/32비트는 각각 16/32 차선의 고속도로로 생각할 수 있음
 예) 데이터 전송 폭이 32비트인 33MHz의 PCI는
32비트 => 4BYTE * 33,000,000 = 132,000,000B/sec의
속도를 가짐

버스의 종류
 ISA(Industrial System Architecture),
 EISA(Enhanced ISA),
 Vesa Local Bus,
 AGP(Accelerated Graphics Port)
 PCI(Peripheral Component Interconnect) 등
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3.5 속도와 성능
 BUS
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