[컴퓨터 구조] 컴퓨터 하드웨어(1)

hardware

 

하드웨어란?

컴퓨터의 기능을 수행하기 위해 전기적 신호로 구성된 정보를 이동하거나 처리하는 물리적인 실체를 의미한다.

컴퓨터 시스템을 구성하는 하드웨어는 주로 중앙처리장치, 기억장치, 주변장치로 구분된다.

 

 

중앙처리장치(CPU - central processing unit)

cpu

중앙처리장치란?

중앙처리장치는 컴퓨터 시스템에 부착된 모든 장치의 동작을 제어하고 명령을 실행하는 장치를 말한다.

마이크로프로세서(microprocessor)라고도 부른다.

CPU와 마이크로 프로세서라는 용어는 일반적으로 구분 없이 사용하지만,

CPU는 컴퓨터 시스템의 논리적 구성 요소이고,

마이크로프로세서는 CPU를 집적회로(IC integrated circuit) 형태로 만든 물리적 구성요소이다.

대표적인 CPU로는 인텔의 코어 i5, i7, i9 AMD의 FX4100, A10 등이 있다.

 

intel cpu

 

CPU의 구성요소

CPU는 제어장치, 연산장치, 레지스터, CPU 내부 버스 등으로 구성된다.

 

 

제어장치(control unit)는 

메인 메모리(main memory)로부터 적절한 순서로 명령어를 인출 및 해독하여 컴퓨터 시스템에서 연결된 장치에  제어 신호를 보낸다.

그러므로 명령어장치(instruction unit)이라고도 불린다.

 

 

연산장치는

제어 신호에 따라 명령어가 의도하는 대로 데이터를 실행하기 위해 CPU 내부에서 데이터를 처리하는 장치를 말한다.

실행장치(execution unit) 혹은 산술논리장치(ALU - arithmetic & logic unit)로도 불린다.

이는 제어장치가 지시하는 순서에 따라 데이터에 대한 산술연산이나 논리연산을 수행한다.

 

 

 

레지스터(register)는 

데이터를 처리하는 동안 사용할 값이나 연산의 중간 결과를 일시적으로 기억하는 고속기억장치이다.

 

예를 들어 만약에 나는 항상 가위를 방 뒤에 서랍에 놓는다고 생각했을 때

무언가 자를게 생길 때마다

방 뒤로 가서, 서랍을 열고, 가위를 꺼내고, 서랍을 닫고, 돌아오는 동작을 해야 한다.

 

하지만 여기에는 지나치게 불필요한 동작들이 많다. 따라서

가위를 계속 사용해야 할 때는 내 손 아래인 책상 위에 내려두는 것

과 비슷하다.

 

CPU 내부에는 누산기 (accumulator), 명령어 레지스터 (instruction register) 등 다양한 레지스터가 있다.

 

CPU 내부 버스는

제어장치, 연산장치, 레지스터 등과 같은 CPU 내부 구성 요소를 연결하는 배선(wire)의 집합이다.

데이터 신호, 주소 신호, 제어 신호를 전송한다.

 

반도체 기술의 발전으로 최근 컴퓨터 시스템은 하나의 직접회로,

즉 칩(chip)에 다수의 프로세서를 집적한 멀티코어(multi core) CPU를 사용한다.

 

코어는

칩에 집적된 프로세서를 의미한다.

예를 들어 쿼드코어(quad core) CPU는 한 칩에 4개에 프로세서를 집적한 CPU이다.

 

기억장치(memory device)

기억장치는 컴퓨터 시스템에 의해 처리될 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 장치이다.

저비용, 고효율로 이용하기 위해 일반적으로 계층적 기억 장치(hierachical memory)로 구성하여 사용한다.

 

 

계층적 기억장치는 CPU 내부의 기억장치인 레지스터, 캐시 메모리(cache memory),

메인 메모리, 그리고 보조 기억장치로 구분된다.

 

CPU에 가까운 기억장치는 고속이지만 고가이므로 소용량으로 구성되며,

CPU에서 먼 기억장치는 저속이지만 저가이므로 대용량으로 구성된다.

 

메인 메모리는 

메인 메모리는 일반적으로 기억 장치라고 하면 CPU에 직접 연결되어 메모리를 의미한다.

메인 메모리는 간략히 메모리라고도 한다.

CPU에서 즉각적으로 수행할 프로그램과 필요한 데이터를 기억하기 위한 장치로써

DRAM (dynamic random access memory)을 주로 사용한다.

 

대표적인 예로 삼성의 DDR4 ram 등을 들 수 있다.

 

보조 기억 장치는

프로그램과 데이터를 저장하는 장치이다.

주변 장치의 일부로 취급되며 2차 기억 장치 (secondary memory), 외부기억장치(external memory)라고도 한다.

 

주변장치(peripheral device)

주변장치는 컴퓨터 시스템의 구성 요소 중 CPU와 메인 메모리를 제외한 나머지 구성 요소를 말한다.

 

입출력장치라고도 한다. 주변장치는 크게 입력장치, 출력장치, 저장장치로 구분된다.

 

입력장치(input device)는

컴퓨터에서 처리할 데이터를 외부에서 입력하기 위한 장치이다.

제어장치의 명령에 따라 인간이 사용하는 문자, 숫자, 소리 등과 같은 정보를 읽어,

컴퓨터가 사용하는 0과 1의 코드화된 정보로 변환하며 컴퓨터가 처리할 수 있도록 기억장치로 전송한다.

일반적으로 입력되는 정보를 기억정치에 저장되거나 연산장치에 의해 처리된다.

대표적으로 키보드, 마우스, 조이 스틱, 스캐너 등이 있다.

 

출력장치(output device)는

출력장치는 입력장치와 반대로 컴퓨터에서 처리한 데이터를 외부로 보내기 위한 장치이다.

제어장치의 명령에 따라 컴퓨터가 사용하는 0과 1로 구성된 데이터를

인간이 사용하는 문자, 숫자, 소리 등과 같은 데이터로 변환하여 외부로 보낸다.

대표적으로 모니터, 프린터, 스피커 등이 있다.

 

저장장치 (storage device)는 

메인 메모리와 달리 거의 영구적으로 데이터를 저장(보관)하는 장치이다.

이는 데이터를 입력하여 저장하고, 또한 데이터를 출력하는 공간,

즉 입력과 출력의 복합적인 공간으로 간주되기 때문에 입출력장치, 즉 주변창치로 분류한다.

 

저장장치는 메인 메모리의 제한적인 기억 용량을 보조하는 데 사용된다.

일반적으로 전원이 차단되어도 기억의 내용을 상실하지 않는다.

 

저장장치는 상태적으로 속도가 느리지만 비용이 저렴하고 대용량의 데이터를 거의 영구적으로 저장할 수 있다.

예를 들면 하드디스크, CD,  USB 등이 있다.