Computer Architecture Bok, Jong Soon Jongsoon.bok@gmail.com www.javaexpert.co.kr
컴퓨터시스템 컴퓨터는하드웨어 (H/W: Hardware) 와소프트웨어 (S/W: Software) 로구성하드웨어는사람의육체, 소프트웨어는사람의정신에비유하드웨어는컴퓨터를구성하는기계적장치를뜻하고, 소프트웨어는컴퓨터를동작시키는프로그램과사람이컴퓨터를활용하는기술등을총칭
컴퓨터하드웨어의종류와기능 컴퓨터하드웨어란 컴퓨터를구성하는여러부품이나기계장치와같은물리적인장비 컴퓨터하드웨어의종류 중앙처리장치, 입력장치, 출력장치, 저장장치
입력장치 - 키보드 용도 특성 기본적인문자나숫자를입력하는입력장치 미국에서설계된 101 키를가진키보드에한글키를할당한형식에한글 / 영문전환키와한자키를추가한 103 키보드가사용 최근에들어서는윈도우 95 용의키를추가한 106 키보드가많이이용. 종류 주로사용되는키의형식에따라나뉨기계식, 폼 (Foam), 돔 (Dome), 멤브레인 (Membrane), 캐퍼씨티브 (Capacitive)
입력장치 - 마우스용도 아이콘이나메뉴등을클릭 원하는명령을손쉽게컴퓨터에게전달 특성 영상편집등의그래픽작업을손쉽게할수있음 윈도우즈와같은 GUI 기반의운영체제를제어하기에유용 분류 움직임의검출방식에따라 볼마우스, 광학마우스 연결방법에따라 시리얼마우스, PS/2 마우스, USB 마우스, 무선마우스 버튼의개수에따라 1 버튼, 2 버튼, 3 버튼마우스
입력장치 마우스 ( 계속 ) 볼마우스 작동원리 특성 볼의움직임을감지하고포인터의상대적인위치를계산하여포인터를이동 편평한곳이면아무곳이나얹어놓고사용가능 볼의움직임을감지하는롤러에먼지와이물질이끼면동작이원활하지못할수있음 주기적으로먼지와이물질을제거
입력장치 마우스 ( 계속 ) 광학마우스 작동원리 특성 광센서와발광부를이용하여마우스의움직임을감지하는방식 먼지나이물질에대한문제가없고수명이길다볼마우스보다더정밀함
입력장치 마우스 ( 계속 ) 시리얼마우스 시리얼포트에연결 조립제품에서흔히사용되던방식 9 핀과 25 핀시리얼포트에연결가능 PS/2 마우스 컴퓨터의 PS/2 마우스커넥터에연결 PS/2 마우스커넥터역시키보드커넥터와같은크기로지름이 1/3 인치이고마우스연결커넥터는 6 개인데이중에서 4 개의핀만사용 PS/2 마우스는모뎀과충돌을일으키지는않지만 IRQ 12 번을사용하여시스템에서사용할수있는인터럽트가줄어드는단점
입력장치 - 마우스 ( 계속 ) USB 마우스 USB 포트에연결 별도의마우스포트가마련되지않거나키보드포트와혼용되는포트 1 개만마련된노트북등에서선호 USB 마우스가선호되는가장큰이유 시스템자원을아낄수있음 USB 마우스를사용하면하나의 USB 포트에여러개의장치를연결하기때문에 IRQ 를아낄수있음
입력장치 - 마우스 ( 계속 ) 무선마우스 인터페이스에관계없이무선으로동작하는마우스적외선으로수신기와통신사용법 마우스포트에수신기를꽂음 테이블위에얹어놓음 마우스에는배터리를넣어사용
입력장치 - 마우스 ( 계속 ) 하나의버튼 주로매킨토시컴퓨터에서사용 두개버튼 현재대부분의컴퓨터에서사용 세개의버튼 버튼에별도의기능을추가하여, 근래에는거의사용되지않음
입력장치 스캐너 용도 목표 분류 컴퓨터에서편집하고표현하기위해사진, 포스터, 신문등의인쇄물및그외의자료로부터이미지를컴퓨터내부로입력 스캐너는종이에인쇄되거나그려진이미지를높은해상도로읽어들여컴퓨터내부에전달하는것을목표 형태에따라수동식과 플랫베드형식, 읽어 들일수있는색상에따라 컬러와흑백스캐너로구분
입력장치 - 디지털카메라 디지털카메라로찍은영상데이터는디지털화된정보 컴퓨터를이용하여직접처리가능 디지털카메라의성능이놀라울만큼발전 대부분의핸드폰에카메라기능이탑재되어있어서손쉽게간단한스냅사진을찍은후커넥터를이용하여컴퓨터로입력가능
입력장치 마이크, 터치스크린 마이크 소리데이터를디지털신호로변환하여컴퓨터내부로전달 터치스크린 손으로모니터의표면을누르면이위치를추적하여버튼을누른동작으로인식 선택의정밀도가떨어짐, 작업이불편 은행의현금지급기나여객터미널등의안내단말기, 차량네비게이션등에많이사용
입력장치 - 지문인식기 비밀번호를이용한사용자인증시스템은컴퓨터의발달초기부터지금까지큰변화없이약 50 여년간지속 비밀번호의노출및해킹의위험은아직도여전히곳곳에편재 지문인식이나홍채인식과같은생체인식기술의연구가지속적으로이루어져왔지만은행이나경비업체와같은특별한단체에서만소규모로이용될뿐아직까지크게대중화되지는않았음
출력장치 모니터 (CRT) 작동원리 구성 음극선관에설치된전자총에서전자를방출 형광체가코팅되어있는형광면을자극 빛을내어색상을표시 전자총, 쉐도우마스크, 자기 편향코일등 특성 LCD 의가격이저렴해짐에 따라 CRT 의사용이많이줄어 들고있는추세
출력장치 모니터 (LCD) 장점 단점 LCD 판넬을이용하여크기를획기적으로줄임 CRT 모니터소비전력의약 25% 정도만소비 장시간사용해도눈에피로가없음 CRT 방식에비해화면의왜곡이없고더욱선명 화면상의상태가안정적이며색감이뛰어난장점 화면의밝기가 CRT 모니터에비해떨어짐 해상도에따른유연성이없음
출력장치 프린터 역할 컴퓨터에의해디지털화된텍스트나이미지정보를사람이이해할수있는아날로그형태로변환하여종이에출력 충격식과비충격식프린터로구분 충격식 활자키로리본을때리면종이에글자가찍히는방식 도트매트릭스프린터는저가의 PC 용프린터로군림 비충격식 잉크젯프린터 잉크카트리지에있는잉크를종이위에분사하는방식 레이저프린터 토너를원하는위치로끌어당기기위해거울로부터반사되는레이저광선을사용하는방식
출력장치 프린터 ( 계속 ) 도트매트릭스 작동원리 작은전기식해머를이용, 인쇄핀을리본위에때려리본에묻어있는잉크성분이종이에묻게함 단점 장점 인쇄시소음이큼 해상도는 180DPI 정도 여러장의종이에먹지를넣어겹쳐놓고인쇄하는것이가능 영수증인쇄등을위한업무용으로아직도많이사용 유지비가거의들지않음
출력장치 프린터 ( 계속 ) 잉크젯 (Inkjet) 작동원리 단점 장점 미세한잉크를용지에분사하여이미지를표현 작은점의집합으로형성되어이미지를표현 점의크기가작을수록고품질의이미지출력가능 잉크카트리지의가격이비쌈 인쇄속도가느림 고장이잦음 소음이적음 프린터의가격이저렴 고품질의사진출력가능
출력장치 프린터 ( 계속 ) 레이저프린터 작동원리 특성 데이터를읽은후글씨와여백의색을구분하여토너를종이에묻히는방식 복사기의원리와동일 출력속도가빠름 선명한해상도
출력장치 - 스피커 용도 컴퓨터가처리한출력신호를사람이들을수있는가청영역의음성신호로변환하여출력 작동원리 모터가진동판을진동 그것과직접접촉하고있던공기가진동 본래의말또는음악신호의형태에해당하는음파가발생
컴퓨터본체 본체앞면
컴퓨터본체 본체뒷면
기억장치 - 주기억장치 역할 프로그램이실행될때보조기억장치로부터프로그램이나자료를읽어들여실행시킬수있는기억장소 종류와특성 RAM(Random Access Memory) 접근하고싶은곳으로바로접근할수있는반도체기억장치 읽기 (read) 와쓰기 (write) 가모두가능 휘발성성질 SRAM : Static RAM, 정적 RAM DRAM : Dynamic RAM, 동적 RAM ROM(Read Only Memory) 읽기는가능하나쓰기는불가능한메모리 비휘발성성질 PROM(Programmable Read Only Memory) EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory) EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Flash ROM
기억장치 - 주기억장치 종류와특성
기억장치 - 보조기억장치 하드디스크 작동원리 용량 자성체를입힌원판형알루미늄기판을회전시키면서자료를저장하고읽고쓸수있는보조기억장치 1990 년대중반 : 1GB 급 1990 년대후반 : 16GB 급 최근에는 160GB, 200GB 등의대용량하드디스크 세계적으로저장용량은매년 60% 씩증가 가격은분기당 12% 씩하락하는추세
기억장치 - CD-ROM 작동원리 용량 정보는광택이나는기층에구멍의형태로저장 레이저빛의반사정도를측정해정보를읽음 에러탐지 (error detection) 정보 데이터를저장할경우에는디스크의한쪽면만을이용 640~700MB 까지 정보를저장가능 책 26 만쪽, 또는 74 분분량의음악이나비디오를저장할수있는분량 일반문서나오디오, 컴퓨터그래픽스, 비디오정보를저장하기에용이
기억장치 - 플로피디스크 작동원리 분류 장점 자성체를코팅한원형의마일러기판으로, 특별한재킷안쪽에서회전하게되어있음 기록밀도 ( 용량 ) 에따라 2D, 2DD, 2HD 2D : 약 36 만자 (360KB) 2HD : 120 만자 (1.2MB) 크기에따라 5.25 인치, 3.5 인치 재사용가능 저렴한비용
기억장치 - 자기테이프 자기테이프 자료처리가순차적으로만이루어져처리시간이느림 자기테이프에자료를추가해야하므로단순히보조기억장치로사용하기에는무리 대용량의데이터를저장 중요한자료의백업 (backup) 용
기억장치 - 플래시메모리 이용분야 장점 메인보드, 그래픽카드등의바이오스 (BIOS), 디지털텔레비전, 디지털캠코더, 휴대전화, 디지털카메라, 개인휴대단말기 (PDA, 게임, MP3 플레이어등 소비전력이작음 비휘발성 작고가벼움 휴대성
중앙처리장치 역할 구성 컴퓨터시스템전체를제어, 모든연산을처리 입력장치로부터원시자료를받아서처리 그결과를출력장치로보내는일련의과정을제어하고조정 제어장치, 산술 / 논리장치, 레지스터 마이크로프로세서의분류 CISC RISC CPU 레벨에서한번에처리할수있는다양한명령어집합을제공 칩의구조가복잡 생산단가가비쌈 CISC 에서제공하는다양한명령어중실제자주이용되는명령어는많지않다는점에착안 적은명령어집합 단순화된칩의구조 처리속도크게향상 CISC 에비해가격이저렴
중앙처리장치 - 제어장치 모든장치들이효율적으로동작할수있도록제어신호를보내주는장치 입력, 기억, 출력, 연산등의각작업을제어하고관리, 감독하는기능을수행 제어장치의구성요소와기능
중앙처리장치 제어장치 ( 계속 ) 제어장치의구성요소와기능
중앙처리장치 - 기억장치 역할 종류 프로그램의데이터나연산결과를임시로저장 프로그램카운터 (PC) 프로그램의수행순서를제어하는레지스터로다음에실행할명령의번지기억 명령레지스터 (IR) 현재수행중인명령의내용을기억하는레지스터. 명령해독기 명령레지스터에기억된명령을해독 번지레지스터 (MAR) 기억장소의번지 ( 주소 ) 를기억하는레지스터. 기억레지스터 (MBR) 기억장치를통해접근되는정보가기록되는레지스터.
중앙처리장치 - 연산장치 역할 특성 구성 실제프로그램의명령을실행하며산술연산, 논리연산등각종연산을수행하는장치 입력과출력을위해프로세서와메인메모리그리고입출력장치에직접액세스 출력은레지스터내에있는결과와, 수행된연산이성공적이었는지에관한상태를알려주는값들로이루어짐 누산기, 데이터레지스터, 가산기, 상태레지스터
중앙처리장치 - 연산장치 연산장치의구성요소와기능
소프트웨어종류 소프트웨어란 웹브라우저, 워드프로세서, 게임등컴퓨터로어떤작업을하기위해필요한프로그램 시스템소프트웨어 시스템소프트웨어 운영체제, 유틸리티장치드라이버, 언어처리프로그램 시스템프로그램의기능 컴퓨터시스템의개별하드웨어요소들을직접제어, 통합, 관리
소프트웨어종류 응용소프트웨어 사용자가원하는기능을수행하기위해컴퓨터의성능을소비하는것 직접적으로사용자에이익을가져다주는기능을수행 Ex) 워드프로세서, 스프레드시트, 미디어플레이어, 메신저, 웹브라우저등
운영체제의정의 운영체제란? 자원들을효율적으로제어하고관리 사용자로부터명령을받아들이고이를해석하여 CPU 에전달할수있는인터페이슬제공 컴퓨터가켜져있는동안메모리에상주하며수많은일들을수행 운영체제의목표 사용자편이성 시스템효율성 운영체제의기능 H/W 와 S/W 자원관리및제어 사용자인터페이스제공 데이터를파일시스템에저장, 읽기기능제공및시스템오류관리 프로그램들을효율적으로관리
운영체제의정의 ( 계속 ) 사용자인터페이스 넓은의미 사람들과상호작용을하도록설계된모든정보관련고안품을의미 디스플레이화면, 키보드, 마우스, 라이트펜, 데스크톱형태, 채색된글씨 좁은의미 사용자에게보여지는디스플레이화면 CUI (Character User Interface), GUI (Graphic User Interface)
운영체제종류와특성 DOS(Disk Operation System) 1980 년대 ~ 1990 년대초까지대부분 PC 에서사용 CUI 멀티태스킹불가 Windows MS 에서만든 GUI 환경의운영체제 1985 년 Windows 1.0 을발표한이후현재 Windows vista 까지꾸준하게버전업그레이드를이룸 리눅스 1991 년리누스토발즈에의해탄생 PC 용 UNIX 무엇보다무료라는이점을가지고있음 리눅스배포판 : 레드햇, 데비안, 슬렉웨어등
운영체제종류와특성 ( 계속 ) Unix 1969년 AT&T의벨연구소에서개발다중사용자가다중작업을처리가능프로그램개발이용이최초의개방형표준운영체제 Mac OS 매킨토시계열 PC 또는워크스테이션용운영체제그래픽사용자인터페이스를최초로도입
운영체제종류와특성 ( 계속 ) 솔라리스 유닉스계열의상용 OS 최초 SUN 에서제작한 Sparc CPU 를사용한기종만의전용 OS 현재는인텔용솔라리스출시된상태임 Free BSD 오픈소스개발모델 FTP, WWW, CVS 가상메모리시스템을개선 과부하상태에서의안정적인성능유지