[혼자 공부하는 컴퓨터 구조 + 운영체제] 1장. 컴퓨터 구조 시작하기

1.1 컴퓨터 구조를 알아야 하는 이유

1. 문제 해결

컴퓨터 구조를 이해하고 있다면 문제 상황을 빠르게 진단할 수 있다.

코드의 문제가 아니라 개발환경 자체가 달라서 발생하는 경우가 종종 있다.

 

2. 성능, 용량, 비용

다양한 형태의 컴퓨터를 구입하고 제어하기 위해선 컴퓨터에 대해서 잘 알아야 한다.

문법만으로는 알기 어려운 성능, 용량, 비용을 고려하며 개발할 수 있다.

 

1.2 컴퓨터 구조의 큰 그림

컴퓨터의 구조 지식은 크게 두가지이다.

- 컴퓨터가 이해하는 정보

- 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품

 

컴퓨터가 이해하는 정보

여기에는 데이터와 명령어가 있다.

 

데이터는 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보를 의미한다.

명령어는 컴퓨터를 실질적으로 움직이는 정보이고 이 때 데이터는 명령어를 위한 일종의 재료이다.

 

컴퓨터의 4가지 핵심 부품

중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)

CPU는  컴퓨터의 두뇌와도 같다.

CPU는 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 읽어 들인 명령어를 해석하고 실행하는 부품이다.

 

CPU는 또, 산술논리연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit), 레지스터(register), 제어장치(CU, Control Unit)로 이루어져있다.

ALU는 계산만을 위해 존재하는 부품이다.

레지스터는 cpu 내부의 작은 임시 저장장치이다. 프로그램을 실행하는 데 필요한 값들을 임시로 저장한다.

제어장치는 '제어 신호'라는 전기 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 장치다. 여기서 제어 신호란, 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기 신호다.
cpu가 메모리에 저장된 값을 읽고 싶을 땐 메모리를 향해 '메모리 읽기' 라는 제어 신호를 보낸다.
cpu가 메모리에 어떤 값을 저장하고 싶을 땐 메모리를 향해 '메모리 쓰기' 라는 제어 신호를 보낸다.

 

주기억장치(메모리, main memory)

메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장한다. 즉, 프로그램이 실행되려면 반드시 메모리에 저장되어 있어야 한다.
메모리에는 저장된 명령어와 데이터의 위치를 정돈하기 위해 주소를 사용한다.

 

보조기억장치(secondary storage)

메모리는 데이터 저장장치로 사용하기엔 치명적인 단점이 있다.
첫째는 가격이 비싸 저장 용량이 적다는 점이고, 둘째는 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃는다는 점이다.
이에 메모리보다 크기가 크고 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는 메모리를 보조할 저장 장치가 필요하게 되었는데, 이 저장 장치가 보조기억장치이다.
하드 디스크, SSD, USB 메모리, DVD, CD-ROM과 같은 저장 장치가 보조기억장치의 일종이다.

 

입출력장치(input/output(I/O) device)
입출력장치는 마이크, 스피커, 프린터, 마우스, 키보드처럼 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치를 의미한다.

 

메인보드와 시스템 버스
컴퓨터의 핵심 부품들은 모두 메인보드라는 판에 연결된다. 메인보드는 마더보드라고도 불린다.

 

메인보드에 연결된 부품들은 서로 정보를 주고받을 수 있는데, 이는 메인보드 내부에 버스라는 통로가 있기 때문이다.
컴퓨터 내부에는 다양한 종류의 통로, 즉 버스가 있다. 시스템 버스는 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품을 연결하는 가장 중요한 버스다.

시스템버스는 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스로 구성되어 있다.
주소 버스는 주소를 주고받는 통로, 데이터 버스는 명령어와 데이터를 주고받는 통로, 제어 버스는 제어 신호를 주고받는 통로이다.