[컴퓨터 구조] 전반적인 흐름과 내용

0. 스터디를 시작하며

현재 네이버클라우드캠프 데브옵스 8기 과정을 수행하면서, 수업시간 때 모르는 용어들을 만나면서 수업 내용의 이해가 더딘 경험이 꽤 있었다. 또한 점점 더 실력있는 개발자가 되기 위해서는 프로그래밍 언어의 문법뿐만 아니라, 컴퓨터의 근간을 알아야 한다는 생각이 들었다.

그래서 앞으로 컴퓨터 구조와 운영체제에 대해서 공부해보고자한다. 

 

1. 컴퓨터가 이해하는 정보

데이터

- 정적인 정보 ex) 숫자, 문자, 이미지, 동영상

- 컴퓨터 내부에 저장된 정보

- 데이터는 컴퓨터가 이해할 수 있는 0과 1의 형태로 변환되어 처리됨(이진법)

- 데이터는 명령어에 의해 처리

 

명령어

- 컴퓨터에게 작업을 수행하도록 지시하는 요구사항 ex) 연산, 조건 판별

- 프로그램을 실행하거나 데이터를 처리하기 위해 사용

 

데이터와 명령어의 관계

- 모두  컴퓨터가 작업을 수행하고 정보를 처리하는 데 필요한 기본 구성 요소

- 데이터를 '명사'에, 명령어는 '동사'에 비유할 수 있음 ex) 1과 2를 더하라.

- 데이터는 명령어를 위한 일종의 재료

- 모든 프로그램은 명령어와 데이터로 이뤄져 있음

 

2. 컴퓨터의 4가지 핵심 부품

CPU

- 메모리에 저장된 명령어를 읽어들이고, 해석, 실행하는 부품

- 컴퓨터의 두뇌

- 굉장히 복잡하고 정교하게 설계되어 있음

- 핵심 내부 구성 부품

-  CPU는 명령어 사이클에 맞춰 명령어들을 실행

1) ALU(산술 논리 연산 장치): 계산기

2) 레지스터: CPU 내부의 작은 임시 저장 장치, 여러 개로 존재함

3) 제어장치: 제어 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 장치

(+) 제어 신호: 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 전기 신호 ex) 메모리 읽기, 메모리 쓰기, 입출력장치 읽기

4) 캐시 메모리 

5) 시스템 버스

 

메모리

- 주기억장치, 메인 메모리

- '현재 실행'되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품

- 프로그램이 실행되기 위해서는 프로그램의 명령어와 데이터가 메모리 안에 있어야 함

- 즉 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장함

- 상대적으로 가격이 비쌈

- 컴퓨터 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃음(휘발성 저장장치)

- 종류

1) RAM(Random Access Memory)

2) ROM(Read Only Memotry)

(+) 주소: 명령어와 데이터가 저장되어 있는 메모리 내 위치를 나타내는 값, 일반적으로 컴퓨터가 명령어와 데이터를 찾거나 저장할 때 사용됨

보조기억장치

- 컴퓨터 전원이 꺼져 '보관'될 프로그램을 저장하는 부품 ex) usb, ssd, 하드디스크, 외장하드, sd카

- '실행되지 않고 있는 프로그램'의 명령어와 데이터를 저장함

- 즉, 보관할 프로그램의 명령어와 데이터를 저장함

- 메모리를 보조하는 특별한 입출력장

입출력장치

- 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부의 정보를 교환할 수 있는 부품 ex) 모니터, 마이크, 스피커, 키보드, 마우스

(+) 주변장치: 보조기억장치와 입출력장치를 아우르는 용어, 완벽하게 구분되는 장치들이 아니기에 이 용어를 사용하기도 함

컴퓨터의 4가지 핵심 부품의 정보 교환 과정
1) CPU의 제어장치는 메모리에 있는 명령어를 읽기 위해 메모리 읽기 제어 신호를 전송
2) 메모리로부터 읽어온 데이터(명령어)는 레지스터를 거쳐 제어장치로 전달
3) 제어장치는 받은 명령어를 해석하여 다음 동작을 결정
4) 결정된 명령어를 수행
5) 산술 논리 연산이 필요한 경우에는 ALU(산술 논리 장치)를 사용하여 연산을 수행하고, 그 결과를 다시 레지스터에 저장

 

3. 이 외 중요한 컴퓨터 부품

메인 보드

- 컴퓨터의 핵심적인 구성 요소 중 하나

- 컴퓨터의 4가지 핵심 부품이 부착되는 판

- CPU, 메모리, 보조기억장치, 입출력장치를 연결해서 서로 정보를 주고받도록 함

- 여러가지 슬롯과 연결 부품이 존재함

- 메인 보드에 연결된 부품은 버스를 통해 정보를 주고 받음

 

버스

- 컴퓨터의 부품들이 서로 정보를 주고받기 위한 통로

- 다양한 종류의 버스가 있음

- 컴퓨터의 4가지 핵심 부품 간 정보 교환 통로인 '시스템 버스'가 가장 중요함

시스템버스
1) 주소 버스: 주소를 주고받는 통로
2) 데이터 버스: 명령어와 데이터를 주고 받는 통로
3) 제어 버스: 제어 신호를 주고받는 통로