05 중앙처리장치와 기억장치 컴퓨터의 5대기능 입력 기능 출력 기능 제어 기능 연산 기능 기억 기능 중앙처리장치(CPU) (Central Processing Unit) 인터페이스(Ìnterface) 접속기, 컴퓨터가 입출력 장치 와 접속하여 동작하기 위한 물 리적인 연결과 소프트웨어적인 연결을 말한다. 1. 하드웨어의 개요 ⑴ 하드웨어 ⑵ 하드웨어(`Hardware)는 컴퓨터를 구성하고 있는 여러 가지 기계장치이다 하드웨어의 구성 중앙처리장치 출력장치 사람의 뇌에 해당되는 부분으로 제어장치와 연산장치로 구성되어 있다. CPU와 직접 데이터를 교환할 수 있으며, 프로그램 수행에 필요한 명령어와 데이터로 구 성되어 있다. 전원이 꺼진 후에도 정보를 잃지 않는 비휘발성 기억장치로, 에 비해 경제적이 고 많은 양의 정보를 저장할 수 있다. 컴퓨터에서 처리한 결과를 사람이 보거나 들을 수 있도록 문자, 숫자, 그래픽, 소리 형태로 변환시켜 주는 장치이다. 기억회로 입력회로 제어회로 출력회로 입력장치 연산회로 중앙처리장치 출력장치 제어의 흐름 데이터의 흐름 하드웨어의 구성도 ⑶ 본체와 주변장치 I/O장치 입출력장치의 약자 (`Input/Output) 본체 주변장치 본체를 구성하고 있는 장치들은 마더보드(메인보드), 각종 들이 케이스에 들 어있다. 마더보드는 CPU,, 각종 주변 장치를 연결하는 확장 슬롯, 각종 제어기(비디 오카드, I/O장치), 확장 카드(모뎀, 사운드 카드), 하드 디스크, 플로피 디스크, CD- ROM, 전원 공급 장치 등으로 구성되어 있다. 키보드:문자 입력장치 모니터:컴퓨터가 사용자에게 전할 내용을 화면으로 표시하는 장치 마우스:모니터 화면의 특정 부분을 가리키고 명령을 전달하는데 사용하는 장치 그밖에 프린터, 스캐너, 랜카드 등이 있다. 2. 중앙처리장치(`CPU:Central Processing Unit) ⑴ 중앙처리장치의 기능 1 컴퓨터를 제어하고 데이터를 처리하는 장치이다. 38 수능특강 정보기술기초
⑵ 2 중앙처리장치의 이름에 따라 286, 386, 486, 586(펜티엄) 등으로 개인용 컴퓨터가 분류 된다. 중앙처리장치의 구성 www.ebsi.co.kr 레지스터 연산장치 내부 데이터 버스 기억장치에서 읽어 들인 값이나 사용할 값, 계산된 결과를 임시로 저장하는 역할 수치에 대한 계산 등을 처리하는 역할 연산장치와 각종 레지스터를 연결하는 데이터 통로 레지스터 레지스터 기억장치 데이터 버스 연산장치 제어장치 펜티엄(`Pentium) 1993년 인텔사가 IBM PC 및 호환기종용으로 개발한 586급 (개발코드 P5) 32비트 마이크 로 프로세서의 일반 명칭 제어장치 명령을 해독하여 각 장치에 동작을 명 령하고 감독 통제하는 역할 중앙처리장치 중앙처리장치의 구성 중앙처리장치의 구성 제어의 흐름 데이터의 흐름 3. 제어장치 ⑴ 제어장치의 기능 1 데이터 처리과정에 대한 전체적인 컴퓨터의 운영 및 감독기능을 한다. 2 에 기억된 프로그램의 명령들을 차례대로 읽어 이를 해독하고, 그 명령에 따라 컴퓨터의 동작에 필요한 모든 제어신호를 보내 여러 처리 동작을 제어하는 역할을 한다. ⑵ 제어장치의 구성 PC에서 사용되는 CPU의 종류 AMD Athlon Alpha chip Pentium processor 등이 있다. 기억 레지스터 번지 레지스터 명령 레지스터 명령 해독기 명령 계수기 에 있는 명령어를 임시로 기 억한다. 내에 명령이나 데이터가 기 억되어 있는 번지를 보관한다. 기억 레지스터의 명령 코드를 기억한다. 명령 코드를 해독하여 필요한 실행 신 호를 발생시킨다. 다음에 실행될 명령어의 번지를 기억한다. 중앙처리장치 연산 장치 제어장치 기억 레지스터 명령 코드부 명령 레지스터 명령 해독기 제어장치의 구성 번지부 번지 레지스터 명령 계수기 레지스터(`Register) 임시 저장 장치 제어장치의 구성 명령의 흐름 데이터의 흐름 4. 연산장치 ⑴ 연산장치의 기능 1 제어장치의 지시에 따라 전송되어 온 데이터의 산술연산, 논리연산, 자리 이동 및 크기의 비교 등을 수행하는 장치이다. ⑵ 연산장치의 구성 컴퓨터의 산술 연산 덧셈:가산기 뺄셈:보수의 가산 곱셈 나눗셈: 가산기+자리 이동 연산자 누산기 데이터를 제공받아 연산하고, 그 결과 를 일시적으로 기억하는 임시 기억장소 에서 연산에 사용할 데이터 누산기 데이터 레지스터 오버플로(Òverflow) 연산된 결과가 크기보다 커서 넘치는 상태 데이터 레지스터 가산기 상태 레지스터 를 읽어 저장 후 필요한 순간에 가산기 에제공 누산기와 데이터 레지스터의 내용을 더 해주는장치 연산 결과의 상태(오버플로, 언더플로, 인터럽트)를 기록하여 저장 주 기 억 장 치 가산기 상태 레지스터 연산장치의 구성 언더플로(Ùnderflow) 연산된 결과가 컴퓨터로 표현할 범위보다 작아서 표현할 수 없 는상태 05 중앙처리장치와 기억장치 39
5. 기억장치 ⑴ 기억장치의 기능 및 역할 기억장치의 계층적 구조 기능 역할 처리 대상이 되는 데이터와 처리 과정에 있는 데이터 또는 최종 결과를 저장하기 위한 장치이다. 프로그램과 데이터를 보관하고 있다가 필요할 때에 꺼내어 사용할 수 있도록 하는 것이다. 속 도 빠름 느림 레지스터 캐시 메모리 작음 큼 용 량 캐시메모리 CPU와 사이에 위 치하며 두 개의 장치 간 속도차 이를 완화하는 메모리 외부 캐시 메모리는 메인보드에 서 지원되어 외부 클록 주파수 에 맞게 느린 속도로 동작한다. 그러나 펜티엄 프로부터는 L2(`2차) 캐시도 CPU 내부에 내장되어 빠른 속도로 동작한 다. 셀러론 CPU는 펜티엄Ⅱ CPU에서 외부(`L2) 캐시를 없 앤 것이다. ⑵ ⑶ 캐시 메모리(`Cache memory) 기능 종류 중앙처리장치에 가장 빈번히 전달되는 명령어나 데이터를 원활히 전송할 수 있도록 제작된 고속의 특수 기억장치이다. CPU와 사이에 위치하며 두 장치 사이의 속도차이를 완충하는 역할을 한다. SRAM으로 구성된다. 내부 캐시 메모리 외부 캐시 메모리 (`Main memory) 기본캐시라 하며, 중앙처리장치 안에 내장되며, 1KB~32KB 정도의 용 량을 가진다. 2차 캐시라 하며, 중앙처리장치와 별도로 설치하며, 64KB~1MB 정도 의 용량을 가진다. 1 현재 실행중인 프로그램이나 데이터를 기억하며, CPU와 직접 자료 교환이 가능한 기억 장치이다. 2 번지 선택 회로, 기록 회로, 기억 매체, 판독 회로 등으로 구성되며, RAM과 ROM으로 분류할 수 있다. 3 ROM(`Read Only Memory) 롬(`ROM) BIOS(바이오스) 컴퓨터 동작에 필요한 프로그램 을 저장하고 있으며, 컴퓨터 전 원 공급시 하드디스크, 비디오 카드, 키보드 등을 초기화시키 는 역할을 한다. 기능 종류 전원의 On/Off에 관계없이 지속적인 내용 유지가 가능한 비휘발성 기억장치이다. PC의 기본적인 입출력 시스템(`ROM BIOS)을 기록하는 용도로 사용된다. ROM에 기억된 내용은 사용자 임의로 변경이 불가능하다. 제조 단계에서 내용이 기억되어져 사용자는 읽기만 가능하며 마스크(`Mask)ROM 추가나 변경이 불가능하게 제작된 ROM PROM 사용자가 롬(`ROM) 기록기를 통하여 단 한번만 기록하여 사 (Programmable ROM) 용할수있는ROM으로 더 이상 기록이 불가능 하다. EPROM 기록된 내용을 자외선을 이용하여 지운 후 재기록이 가능한 (Erasable PROM) ROM EEPROM 기록된 내용을 전기적인 신호로 지운 후 재기록이 가능한 ROM (Electronic EPROM) 4 RAM(`Random Access Memory) 램(`RAM) 특징 종류 전원 공급이 중단되면 저장된 자료가 소멸되는 대표적인 휘발성 기억장치이다. 일정 시간이 지나면 전하가 방전되어 내용이 지워지므로 지 DRAM 속적인 재충전이 필요하다. (Dynamic RAM) 일반적인 PC의 주기억 장치로 사용된다. SRAM (Static RAM) 구조가 단순하고 소비전력이 적다. 전원이 공급되는 한 내용이 그대로 유지되므로 재생이 필요 없다. 접근속도가 빨라 캐시 메모리로 사용된다. 구조가 복잡하고 소비전력이 많다. 40 수능특강 정보기술기초
⑷ 특징 프로그램이나 데이터를 반영구적으로 보관하기 위해 사용한다. 에 비해 저속, 저가이며 대용량의 기억장치이다. CPU와 직접 자료 교환이 불가능하며, 를 통해서만 가능하다. 1 자기 테이프(`Magnetic tape)와 자기 디스크(`Magnetic disk) 자기 테이프 자기 디스크 플라스틱 테이프의 표면에 자성 물질을 입힌 구조이다. 기억된 순서에 의해 데이터를 읽는 순차 접근만 가능하다. 접근 속도는 느리지만, 용량에 비해 가격이 저렴하며, 백업용으로 적합하다. (일괄처리 작 업에 널리 사용됨) 여러 장의 디스크를 압축한 후 양면에 자성을 입힌 구조이다. 순차 접근 및 직접 접근이 모두 가능하다. 기억 용량이 크고 읽기/쓰기 속도가 빠르다. (가장 많이 사용됨) 2 자기 디스크의 기본 구조 액세스 장치 트랙(`Track) : 디스크의 축을 중심으로 동심원으로 구성된 형태 섹터(`Sector): 트랙을 일정하게 나눈 구역(데이터를 읽고 쓰는 기본 단위) 실린더(`Cylinder): 동일 트랙의 집합체 액세스 암(Àccess arm): 읽고 쓰기 헤드를 움직이는 장치 헤드(`Head): 디스크 장치에서 직접 데이터를 읽고 쓰는 부분 디스크 장치: 자기 디스크를 구동시켜 데이터를 읽거나 기록하는 장치 디스크 팩: 디스크를 여러 장 겹쳐 중심축을 고정시켜 사용하는 장치 3 기타 액세스 암 000 200 199 실린더 판독 기록 헤드 디스크 www.ebsi.co.kr LOAD/SAVE LOAD:의 데이 터를 로 옮기는 작업 SAVE:의 내용을 로 저장하는 작업 SAVE LOAD 순차 접근 기억장치(`SASD) 자료가 기록된 순서대로만 읽을수있는장치 카세트 테이프에서처럼 특 정 음악을 찾을 때는 감기 나 되감기를 통해 해당 음 악을 찾는 방법과 동일함. 직접 접근 기억장치(`DASD) 원하는 자료가 저장된 위치 에서 바로 읽기/쓰기가 가 능한 장치 MP3나 CD-P처럼 특정 음악을 금방 찾아 들을 수 있는 방법과 동일함. 하드 디스크 플로피 디스크 광 디스크 구조:자성물질을 입힌 딱딱한 알루미늄 원판을 기록매체로 사용 특징:약 5400~7200RPM(`Revolutions Per Minute:분당회전수)의 회전속도 로 회전하는 디스크 판 위로 판독 및 기록 헤드가 움직이면서 디스크 표면에 데이터를 기록하거나 읽는다. 구조:얇은 플라스틱 원판에 자성 물질을 입힌 것 특징:기록 용량은 작지만 이동이 편리하고 가격이 저렴하다. 구조:아크릴 수지 기판위에 알루미늄 등 금속의 기록 막이 입혀져 있으며, 트랙에 레이 저 광선으로 1mm 이하의 작은 구멍을 만들어 1 또는 0을 기록하고, 레이저 광 선을 비추어서 얻어지는 반사광 또는 투사광을 검출하여 기록된 데이터를 판독하 는장치 특징:자성 물질을 이용하는 기억장치에 비해 정보의 안정성이 높고 대용량의 데이터를 저장할 수 있다. 동영상 정보의 저장이나 데이터 백업용으로 주로 사용된다. 하드디스크 플로피 디스크 CD-ROM 05 중앙처리장치와 기억장치 41
확인 문제 정답과 해설 148`쪽 중앙처리장치의 구성 레지스터 연산장치 내부 데이터 버스 제어장치 01 다음은 중앙처리장치에 대한 설명이다. 옳은 것을 모두 고른 것은? ㄱ. 컴퓨터를 제어하고 데이터를 처리하는 장치이다. ㄴ. 내부 데이터 버스가 명령어를 해독하여 전달한다. ㄷ. 레지스터는 중앙처리장치에서 사용하는 이다. ㄹ. 연산장치는 프로그램의 연산 명령을 지시 및 제어하는 장치이다. ㅁ. 제어장치는 데이터 처리 과정에 대한 전체적인 컴퓨터의 운영 및 감독기능을 한다. 1 ㄱ, ㅁ 2 ㄱ, ㄹ, ㅁ 3 ㄱ, ㄷ, ㄹ 4ㄴ, ㄷ, ㅁ 5ㄷ, ㄹ, ㅁ SRAM(Static RAM) 정적 램이라고 함 접근 속도가 빠름 구조가 복잡 소비 전력이 많음 02 다음 내용과 가장 관련이 깊은 기억장치는? 주로 SRAM을 사용한다. 중앙처리장치의 효율을 높인다. 접근 속도는 빠르나 값이 비싼 단점이 있다. 중앙처리장치의 내부와 외부에 설치되어 있다. 1 레지스터 2 플래시 메모리 3 광 디스크 4캐시메모리 5롬(`ROM) 실린더 디스크를 여러 장 겹쳐 사 용할 때에 디스크에서 같 은 위치에 존재하는 트랙 을 의미한다. 03 다음 설명에 해당되는 기억장치는? 실린더, 트랙, 섹터로 구성된다. 속도가 빠르고, 기억용량이 크다. 프로그램이나 데이터의 순차 접근 및 직접 접근이 가능하다. 여러 장의 디스크를 압축한 후 양면에 자성을 입힌 형태의 기억장치이다. 1 자기 테이프 장치 2 자기 디스크 장치 3 광 디스크 장치 4 캐시 메모리 5 레지스터 42 수능특강 정보기술기초
수능형 모의 고사 정답과 해설 148`쪽 01 중앙처리장치의 구성도이다. (가) 부분에 들어갈 장치명과 기능 설명이 올바른 것은? memo (가) 레지스터 연산장치 제어장치 장치명 기능 설명 1 데이터 버스 :회로로 연결되어 정보를 상호 전달하는 기능 2 명령 해독기 :다음에 실행될 명령어의 번지를 기억하는 기능 3 데이터 버스 :명령 코드를 해독하여 필요한 실행 신호를 발생시키는 역할 담당 4 명령 해독기 :데이터를 제공받아 연산하고 결과를 일시적으로 기억하는 역할 5 번지 레지스터:명령을 해독하여 각 장치에 동작을 명령하고 감독 통제하는 역할 02 그림은 수식 계산 프로그램을 실행시킨 후, 모니터에 나타난 결과이다. 아래 대화 내용 중 ( ) 안 에 들어갈 장치명은? overflow 은생혜:선생님, 수식을 계산하기 위해 프로그램을 만들고 실행시켰는데, 화면에 overflow 라고만 하고 원하는 결과가 안 나오거든요. 무엇이 잘못된 것인가요? 선생님:은혜 학생, 그것은 처리된 결과 값이 프로그램에서 주어진 자릿수를 넘치기 때문에 컴퓨터가 처리를 못 한다고 연산장치 내의 ( )에서 알려준 것이지요. 변수의 자릿수를 크게 잡으면 처리 결과가 나올 겁니다. 1 누산기 2 가산기 3 명령 레지스터 4 명령 계수기 5 상태 레지스터 05 중앙처리장치와 기억장치 43
03 학생들이 설명하고 있는 장치명은? memo 1롬(`ROM) 3 레지스터(`Register) 5 캐시 메모리(`Cache memory) 2 램(`RAM) 4 플래시 메모리 (`Flash memory) 04 다음에서 설명하고 있는 기억장치는? 소비전력이 작고, 전원이 꺼지더라도 저장된 정보가 사라지지 않은 채 유지되는 특성을 지닌 다. 동적 램(`DRAM)과 달리 전원이 끊기더라도 저장된 정보를 그대로 보존할 수 있을 뿐 아니라 정보의 입출력도 자유로워 디지털 텔레비전 디지털 캠코더 휴대전화 디지털 카메 라 개인 휴대 단말기(`PDA) 게임기 MP3 플레이어 등에 널리 이용된다. 2005년 우리나라 전자에서는 16기가바이트의 이 메모리를 세계 최초로 개발하였다. 1 플래시 메모리(`Flash memory) 3 레지스터(`Register) 5 캐시 메모리(`Cache memory) 2 정적 램(`SRAM) 4 마스크 롬(`Mask ROM) 05 다음에서 설명하고 있는 이 장치는? 이 매체의 크기는 지름이 12cm로 영화를 74분가량 저장할 수 있으며, 그 크기는 최소 4.7GB로서 차세대 기록 매체로 각광받고 있다. 보통 이 매체는 영상 자료를 압축하기 위해 MPEG-2 기법을 사용한다. 이 매체의 특징은 레이저디스크 수준의 선명한 화질과 영화관 수준의 입체음향이다. 최대 8 시간 분량의 영상 데이터를 담을 수 있고 최대 8개 국어의 음성을 지원할 수 있으며 32개국 어의 자막을 처리할 수 있다. VCR과 달리 감기 되감기 없이 원하는 장면을 바로 찾을 수 있다는 장점도 있다. 1 CD-ROM 2 DVD-ROM 3집(`ZIP) DRIVE 4 USB 메모리 5 자기 디스크 44 수능특강 정보기술기초
www.ebsi.co.kr 06 그림은 제어장치의 구성도이다. (가)에 들어가는 장치의 설명으로 옳은 것은? memo 제어장치 (가) 연 산 장 치 명령 레지스터 명령 해독기 번지 레지스터 명령 계수기 1 다음에 실행될 명령어의 번지를 기억한다. 2 주기억 장치에 있는 명령어를 임시로 기억한다. 3 명령 코드를 해독하여 필요한 실행 신호를 발생시킨다. 4 내에 명령이나 데이터가 기억되어 있는 번지를 보관한다. 5 데이터를 제공받아 연산하고 그 결과를 일시적으로 기억하기 위한 장소이다. 07 ROM에 관한 수업내용이다. (가)~(다)에 들어갈 용어를 바르게 짝지은 것은? 선생님:이번 시간에는 롬(`ROM)에 대해서 알아보겠습니다. ROM이란, 전원의 켜짐과 꺼 짐에 상관없이 지속적으로 내용이 유지되는 비휘발성 기억장치입니다. PC에서는 기본적인 입출력 시스템(`ROM BIOS)을 기록하는 용도로 많이 이용됩니다. A 모 둠조에서 롬의 종류에 대해 발표해 보세요. 지생연:제조 단계에서 내용이 기억되어져 사용자는 읽기만 가능하며 추가나 변경이 불가능 하게 제작된 ( 가 )입니다. 혜생정:사용자가 롬(`ROM) 기록기를 통하여 단 한번만 기록하여 사용할 수 있는 ROM으 로 더 이상 기록이 불가능 한 ROM이 ( 나 )입니다. 순생빈:기록된 내용을 자외선을 이용하여 내용을 지운 후 재기록이 가능한 ROM이 ( 다 )입니다. 은생정:기록된 내용을 전기적인 신호로 내용을 지운 후 재기록이 가능한 ROM이 EEPROM(Èlectronic EPROM)입니다. `(가)` `(나)` `(다)`` 1 EPROM MASK ROM PROM 2 MASK ROM EPROM PROM 3 PROM MASK ROM EPROM 4 MASK ROM PROM EPROM 5 EPROM PROM MASK ROM 05 중앙처리장치와 기억장치 45