[운영체제] 3. 컴퓨터 구조

 

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폰노이만 구조 

폰노이만은 컴퓨터, 수학, 경제학, 물리학 등 천재 중의 천재.

폰 노이만이 제안한 폰노이만구조란 컴퓨터 구조로, 중앙처리장치(CPU), 메모리, 프로그램 세가지로 구성된다. 

 

폰노이만이 등장하기 전에는 하드웨어 전선을 일일이 뽑았다 꽂아서 작업을 수행했다.

폰노이만 구조가 등장한 이후, 하드웨어는 변경없이 소프트웨어(프로그램)만 교체하면 되기 때문에 편의성 증가함.

 

- 하나의 메모리로 데이터를 저장하고 명령어를 처리한다.

- 하나의 버스로 순차적으로 정보를 처리하기 때문에 병목현상이 존재한다.

 

 

 

하버드 구조

폰노이만구조의 병목현상은 프로그램메모리와 데이터메모리가 물리적 구분없이 하나의 버스를 통해 CPU와 교류하기 때문이다. 즉, CPU는 동시에 명령어와 데이터를 사용할 수 없음.

 

폰노이만의 병목현상을 해결하기 위해 하버드 구조가 고안되었다.

하버드 구조는 명령용 버스와 데이터용 버스를 물리적으로 구분하여, 동시에 명령어와 데이터를 사용할 수 있게 되었다.(속도 향상)

 

- 속도가 빠른 반면, 구성시 비용이 많이 들고 복잡하다.

- 메모리가 물리적으로 분리되어 있다. 프로그램 코드는 명령어 메모리에 저장되고, 데이터는 데이터메모리에 따로 저장됨

 

 

 

 

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컴퓨터 구조의 핵심: CPU, Memory, IO, Bus

 

 

 

1. CPU

컴퓨터 시스템을 통제하고 프로그램 연산을 실행/처리한다.

CPU의 성능이 곧 컴퓨터의 성능이다.

- CU (Control Unit): CPU 내 제어장치로, 명령어를 기억장치에서 꺼낸 다음 각 장치에 보내는 역할

- ALU (Arithmetic Logic Unit): CPU 내에서 연산을 담당하는 부분

- 레지스터 (Register): CPU 내에 들어있는 작은 데이터 기억장치

 

 

2. Memory

실행하고자 하는 프로그램은 메모리에 저장되어 있어야, CPU에서 가져다가 명령을 적재할 수 있다.

 

- 주기억장치:

RAM(Random Access Memory)은 속도가 빠르며, 전원이 꺼지면 데이터가 모두 지워진다.

ROM(Read Only Memory)읽기만 가능한 메모리로, 전원이 꺼져도 데이터가 사라지지 않는다.

 

- 보조기억장치:

하드디스크는 매우 느리며, 전원이 꺼지더라도 데이터가 지워지지 않는다. (여기에 부팅 프로그램이 있음)

 

 

3. I/O 장치

- input 장치: 입력 장치로 키보드, 마우스, 마이크, 터치스크린 등이 있다.

- output 장치: 출력 장치로 스피커, 모니터, 프린터, 헤드촌 등이 있다.

- 마이크로프로세서와 입출력장치 사이에서 정보를 전달하는 통로

 

 

 

4. Bus: CPU, Memory, I/O장치를 이어주는 시스템 버스

- 데이터 버스: CPU와 기타 장치 사이에서 데이터를 전달하는 통로(단방향)

- 주소 버스: 기억장치의 주소를 전달하는 통로(단방향)

- 제어 버스: 주소버스와 데이터 버스는 모든 장치에 공유되기 때문에 제어할 수단이 필요하다. (양방향)