컴퓨터 구조 정리 (1)

컴퓨터가 이해하는 정보

 

• 데이터 : 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보
• 명령어 : 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보

 

컴퓨터의 4가지 핵심 부품

 

메모리 : 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품

• 프로그램이 실행되려면 반드시 메모리에 저장되어 있어야 한다.
• 메모리에는 저장된 값에 빠르고 효율적으로 접근하기 위해 주소(address)가 사용된다.
• 프로그램이 실행되기 위해서는 반드시 메모리에 저장되어 있어야 한다.
• 메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장한다.
• 메모리에 저장된 값의 위치는 주소로 알 수 있다.

 

CPU : 컴퓨터의 두뇌, 메모리에 저장된 명령어를 읽고, 해석하고, 실행하는 부품

• 내부 구성 요소의 중요한 세 가지는 산술논리연산장치(ALU; Arithmetic Logic Unit), 레지스터(register), 제어장치(CU; ControlUnit)이다.
• ALU : 쉽게 말하면 계산기, 계산만을 존재하는 부품, 수행되는 대부분의 계산은 ALU가 한다.
• 레지스터 : CPU 내부의 작은 임시 저장 장치, 프로그램을 실행하는 데 필요한 값들을 임시로 저장, CPU 안에는 여러 개의 레지스터가 존재, 각기 다른 이름과 역할을 가지고 있다.
• 제어장치 : 제어 신호(control signal)라는 전기 신호를 내보내고 명령어를 해석하는 장치, 제어 신호란 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기 신호
• CPU가 메모리에 저장된 값을 읽고 싶을 땐 메모리에 메모리 읽기라는 제어 신호를 보낸다.
• CPU가 메모리에 어떤 값을 저장하고 싶을 땐 메모리에 메모리 쓰기라는 제어 신호를 보낸다.
• CPU는 메모리에 저장된 값을 읽고, 해석하고, 실행하는 장치
• 내부에는 ALU, 레지스터, 제어장치가 있다.
• ALU는 계산하는 장치, 레지스터는 임시 저장 장치, 제어장치는 제어 신호를 발생시키고 명령어를 해석하는 장치

 

보조기억장치 : 메모리는 전원이 꺼지면 저장된 내용이 날아간다. 메모리보다 크기가 크고 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는 메모리를 보조할 저장 장치

• 하드 디스크, SSD, USB 메모리, DVD, CD-ROM 등

 

입출력장치 : 컴퓨터에 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치

• 마이크, 스피커, 프린터, 마우스, 키보드 등
• 주변장치(peripheral device)라 통칭하기도 한다.

 

메인보드와 시스템 버스

• 앞의 주 장치들은 모두 메인보드(main board)라는 판에 연결된다.(마더보드라고도 부른다.)
• 메인보드에 연결된 부품들은 서로 정보를 주고받을 수 있으며, 이는 메인보드 내부에 버스(bus)라는 통로가 있기 때문이다.
• 다양한 종류의 통로 즉 버스가 있지만, 네 가지 핵심 부품을 연결하는 가장 중요한 버스는 시스템 버스(system bus)이다.

시스템 버스

• 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스로 구성되어 있음
• 주소 버스 : 주소를 주고받는 통로
• 데이터 버스 : 명령어와 데이터를 주고받는 통로
• 제어 버스 : 제어 신호를 주고받는 통로

정보 단위

• 컴퓨터는 0 또는 1밖에 이해하지 못한다.
• 0과 1을 나타내느 가장 작은 정보 단위를 비트(bit)라고 한다.
• 비트 보다 큰 단위가 있는데 바이트, 킬로바이트, 메가바이트, 기가바이트, 테라 바이트 등이 있음
• 1byte = 8bit 이며 8bit의 정보는 2의8승 256개의 정보를 표현할 수 있다.

1byte	8bit
1kB	1,000byte
1MB	1,000kB
1GB	1,000MB
1TB	1,000GB

 

이진법(binary)

• 0과 1만으로 숫자를 표현하는 방법이다.
• 우리가 일상적으로 사용하는 숫자는 십진법(decimal)이다.
• 이진법의 표현은 숫자가 1을 넘어가는 시점에 자리 올림을 하면 된다.

십진수	이진수
1	1
2	10
3	11
4	100
5	101
6	110
7	111
8	1000

 

• 각 자리는 첫 자리 빼고 2의 제곱을 해주면 된다.
• 1(128) 1(64) 1(32) 1(16) 1(8) 1(4) 1(2) 1(1)
• 숫자 10만 보고 십진수인지 이진수인지 구별하기 어렵다.
• 이진수는 1000(2) 또는 0b1000 라고 표기한다.

 

이진수의 음수 표현

• 가장 널리 사용되는 방법은 2의 보수를 구해 값을 음수로 간주한다.
• 모든 이진수의 0과 1을 뒤집은 수를 1의 보수라 하고, 거기에 1을 더한 값을 2의 보수라고 한다.
• 컴퓨터는 이 수를 음수로 간주한다.
• 1011(2)를 음수로 표현하기
  • 1011에서 뒤집기 -> 0100에서 1더하기 -> 0101
  • 실제로 이진수만 봐서 음수인지 양수인지 구분하기 어렵다.
  • 컴퓨터 내부에서는 이를 구분하기 위해 플래그(flag)를 사용한다.

 

십육진법(hexadecimal)

• 데이터를 표현할 때 이진법 외에 십육진법도 자주 사용한다.
• 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11  12  13 14 15 16 17
• 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9  A   B   C   D   E   F  10 11
• 십육진수의 표기는 15(16), 0x15로 표현한다.
  • 십육진수를 이진수로
    • 십육진수 1A2B를 이진수로 바꿔보자
    • 십육진수를 이루고 있는 각 글자를 이진수로 바꾸고 이어 붙이면 된다.
    • 1 -> 0001, A -> 1010,  2 -> 0010,  B -> 1011
    • -> 0001101000101011(2)
  • 이진수를 십육진수로
    • 이진수를 십육진수로 묶어 표현한다.
    • 11010101을 십육진수로 바꿔보다
    • 1101 -> D, 0101-> 5
    • -> D5(16)