[컴퓨터구조] 기본 구성 요소

이번 포스팅에서는 컴퓨터의 기본 구성요소인 중앙처리장치, 저장장치 등이 각각 어떤 요소로 구성되어 있고 어떤 역할을 하는지에 대해 알아보겠습니다.

기본 구성요소 - CPU

개념

중앙처리장치인 CPU는 프로세서라고도 불립니다. 컴퓨터 시스템에 부착된 장치의 동작을 제어하고 명령을 실행합니다. 주기억장치의 메모리에서 명령어를 갖고와 명령대로 실행하는 작업을 빠르게 반복합니다.(Fetch + Execution).

 

 

구성

제어 장치, 연산 장치, 레지스터, CPU 내부버스로 구성되어 있습니다.

 

①제어 장치

메인 메모리로부터 적절한 순서로 명령어를 인출, 해독해 컴퓨터 시스템과 연결된 장치들에 제어신호를 보냅니다.

 

②연산 장치

제어 장치의 명령에 따라 연산을 수행하는 장치입니다. 실행 장치 혹은 ALU로도 불립니다. 

 

③레지스터

CPU 내부에서 처리할 명령어나 연산 결과, 주소 등을 일시적으로 기억하는 기억 장소입니다. 메모리 중 속도가 가장 빠르며  CPU 내부에는 누산기, 명령어 레지스터 등 다양한 레지스터가 있습니다.

 

④CPU 내부 버스

CPU와 시스템 내 다른 요소들 사이에서 정보를 교환하는 통로로, 차량의 도로에 비유가 가능합니다. CPU 내부 구성 요소를 연결하는 통로로 주소,데이터, 제어 신호를 전송합니다. 따라서 3 종류의 버스로 구성되며 내용은 아래와 같습니다.

1. 주소 버스: 메모리 주소를 전송하는 통로입니다.

2. 데이터 버스: 메모리 주소 안에 있던 데이터를 전송하는 통로입니다.

3. 제어 버스: 시스템 내의 각종 요소들의 동작 제어를 위한 신호를 전송하는 통로입니다.

 

 

CPU 명령어 사이클

CPU가 한 개의 명령어를 실행하는 데 필요한 전체 처리 사이클을 의미합니다. 인출 사이클, 실행 사이클 총 2개의 부 사이클로 분리됩니다. 인출 사이클은 CPU가 기억장치로부터 명령을 읽어오는 사이클이고, 실행 사이클은 명령어를 해독하고 실행하는 단계입니다. 실행 사이클은 다수의 단계로 분할됩니다.

 

1. 전송 연산: CPU 내 레지스터와 메모리 사이의 데이터를 교환합니다.

2. 처리 연산: 논리장치를 사용해 데이터를 조작합니다.

3. 제어 연산: 프로그램의 실행 순서를 제어합니다.

4. 입출력 연산: CPU 내 레지스터와 I/O 장치 간에 데이터를 이동시킵니다.

 

 

 

기본 구성요소 - 기억장치

기억장치

 

①주기억장치(RAM)

CPU 가까이에 위치(CPU 안에 있지 않음)하여 CPU가 처리할 내용물을 일시적으로 저장하는 장치입니다. 전원의 공급이 차단되면 내용물이 지워집니다.

 

 

②보조기억장치

저장밀도가 높고, 가격이 저렴합니다. 하드디스크, SSD 등이 이에 해당합니다. 2차 기억장치, 외부 기억장치라고도 합니다.

 

 

*RAM vs ROM

ROM은 데이터를 읽을 수만 있는 비휘발성 메모리입니다. 전원이 끊어져도 기록된 내용이 보관되지만, 수정이 불가능합니다. 전원이 꺼져도 기록이 보관되므로, 전원이 꺼졌을 때 없어지면 안되는 시스템 프로그램 등을 저장하는 데에 활용됩니다. ex) ROM에 부팅을 위한 Bootloader 저장)

 

 

 

기본 구성요소 -  주변장치

사용자와 컴퓨터간의 대화를 위한 입력 및 출력장치입니다. 

 

1. 입력장치

컴퓨터에서 처리할 데이터를 외부에서 입력하기 위한 장치입니다. 키보드, 마우스 등이 이에 해당합니다. 이러한 입력장치는  들어온 정보를 제어장치의 명령에 따라 컴퓨터가 사용할 수 있는 0과 1로 코드화된 정보로 변환하고, 기억장치로 전송합니다.

 

2. 출력장치

데이터를 외부로 보내기 위한 장치입니다. 제어장치의 명령에 따라 0과1로 구성된 데이터를 인간이 사용하는 문자, 숫자 등과 같은 데이터로 변환하여 외부로 보냅니다.

 

3. 저장장치

메인메모리와 달리 비휘발성으로 영구적으로 데이터를 저장하는 장치입니다. 대표적으로 하드디스크, ROM, 플래시 메모리 등이 이에 해당합니다.

 

 

 

기본 구성요소 -  기타 하드웨어

위에 설명한 구성 요소들을 서로 연결하기 위한 버스와 각 구성요소를 탑재하는 메인보드 등을 기타 하드웨어라고 합니다. 1. 버스

컴퓨터 시스템을 구성하는 장치를 연결하는 배선의 집합을 의미합니다. 주소, 데이터, 제어 버스가 있고 이를 통칭해 시스템 버스라고 합니다.

 

2. 메인보드(교수님 설명X)

컴퓨터의 각 부품에 전원을 공급하고 부품간에 신호를 주고받는 통로를 담당하는 부품입니다.