컴퓨터를 구성하는 핵심요소에는 CPU(중앙처리장치), 메모리(주기억장치), 보조기억장치, 입출력 장치 4가지로 구성되어 있습니다.
이 4가지 요소의 역할을 이해하고 있으면 컴퓨터 작동 원리를 대부분 알 수 있습니다.
① 가장 큰 사각형은 메인보드입니다.
② 메인보드 안에 시스템 버스(양방향 수직 화살표)가 있습니다.
③ CPU 내부에는 ALU(산술논리연산장치), 제어장치와 여러 레지스터가 있습니다. CPU는 메인보드 내 시스템 버스와 연결되어 있습니다.
④ 메모리는 메인보드 내 시스템 버스와 연결되어 있습니다.
⑤ 보조기억장치는 메인보드 내 시스템 버스와 연결되어 있습니다.
⑥ 모니터, 키보드, 마우스 등은 메인보드 내 시스템 버스와 연결되어 있고, 이들을 입출력장치라고 부릅니다.
CPU(중앙처리장치, Center Processing Unit)
CPU는 컴퓨터 두뇌로, 메모리에 저장된 명령어를 읽고, 해설하고 실행하는 역할을 합니다.
CPU 구성요소
ALU(산술논리연산장치)
계산기. 덧셈, 뺄셈 같은 두 숫자의 산술연산과 배타적 논리합, 논리곱, 논리합 같은 논리연산을 계산하는 디지털 회로입니다.
레지스터(Register)
CPU가 요청을 처리하는 데 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 기억장치입니다.
제어장치(CU, Control Unit)
제어 신호(control signal)를 통해서 명령어의 조작을 지시하는 장치입니다.
명령어 수행 과정
- 명령어 읽기
- 제어 장치를 통해서 메모리에 저장된 명령어를 읽어옵니다. 메모리로부터 읽어온 명령어는 레지스터(Register)라는 CPU 내부의 기억장소에 저장됩니다.
- 명령어 해석(Decode Instruction)
- 레지스터에 저장된 명령어는 제어장치를 통해서 명령어를 해석한 다음 저장된 데이터가 필요하다고 판단하면 추가적으로 메모리를 읽어 데이터를 가져와 레지스터에 저장합니다.
- 명령어 실행 (Decode Instruction & (Execute Instruction)
- 레지스터에 저장된 데이터를 이용해서 ALU에서 산술 연산을 수행한다.
- 결과 기록(Write Back)
- 계산한 결과값은 레지스터에 저장되었다가 저장하는 추가 명령어에 의해 메모리에 계산된 결과값을 저장합니다.
메모리(주기억장치, main Memory)
컴퓨터가 이해하는 정보로는 명령어와 데이터가 있습니다.
- 명령어 : 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보
- 데이터 : 컴퓨터가 이해하는 정적 정보(숫자, 문자, 이미지, 동영상 등)
메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 요소입니다.
메모리 주소를 사용하면 메모리 내에 저장된 값에 빠르고 효율적으로 접근 할 수 있습니다.
주기억장치에는 크게 RAM(Random Access Memory)와 ROM(Read Only Memory) 두가지가 있는데 메모리는 일반적으로 RAM을 지칭한다.
보조기억 장치(secondary Storage)
보조기억장치는 물리적인 디스크가 연결되어 있는 기억장치입니다. 주 기억장치보다는 느리지만 컴퓨터 전원을 끄더라도 저장된 데이터가 사라지지 않고 영구적으로 보관할 수 있는 장치입니다.
대표적인 보조기억장치는 HDD, SSD, USB메모리, DVD, CD-ROM 같은 것들이 있습니다.
메모리가 현재 '실행되는'프로그램을 저장한다면 보조기억장치는 '보관할'프로그램을 저장한다고 생각해도 좋습니다.
입출력장치 (I/O device)
입출력장치는 마이크,스피커, 프린터, 마우스, 키보드 처럼 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치를 의미합니다.
메인보드와 시스템버스
메인보드(MainBoard, MotherBoard, M/B)는 컴퓨터의 부품들을 판에 부착할 수 있는 슬롯과 연결단자가 있어서 각 부품에 전원을 공급하고 신호를 주고 받는 통로를 담당합니다.
시스템 버스는 '하드웨어 구성 요소를 물리적으로 연결하는 선'으로 각 구성 요소가 다른 구성 요소로 데이터를 보낼 수 있도록 통로 입니다. 용도에 따라 데이터 버스, 주소 버스, 제어 버스로 나누어집니다.
데이터 버스
중앙처리장치와 기타 장치 사이에서 데이터를 전달하는 통로입니다. 기억장치와 입출력장치의 명령어와 데이터를 중앙처리장치로 보내거나, 중앙처리장치의 연산 결과를 기억장치와 입출력장치로 보내므로 양방향 버스입니다.
주소 버스
중앙처리장치가 주기억장치나 입출력장치로 기억장치 주소를 전달하는 통로로 단방향 버스입니다.
제어 버스
제어 버스는 중앙처리장치가 기억장치나 입출력장치에 제어 신호를 전달하는 통로로 양방향 버스입니다. 제어 신호에는 기억장치 읽기 및 쓰기, 버스 요청 및 승인, 인터럽트 요청 및 승인, 클락, 리셋 등이 있습니다.
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