Colin's Blog
[컴퓨터구조] 1강. 컴퓨터의 구성장치와 기본구조

컴퓨터의 구성장치와 기본구조

컴퓨터의 구성 : 하드웨어와 소프트웨어로 구성

하드웨어 : 컴퓨터의 기계적인 장치

컴퓨터 정보들의 전송통로를 제공해 주고,
그 정보에 대한 처리가 실제 일어나게 해주는 물리적인 실체들



점점 소형화되고, 저전력화되고, 고성능화되고 있다.


소프트웨어


시스템 소프트웨어 (OS)


응용 소프트웨어 (Application)


컴퓨터 기본구조


버스 (Bus) : 모든 장치는 버스라는 미세한 선에 이어져 있다.


컴퓨터의 구조의 발전 과정

계산기의 발전 과정

  1. 수동식 계산기 : 주판

    • 기원전 3000 ~ 2500년 경 중국에서 개발
    • 1980년대까지 사용

  2. 기계식 계산기

    • 파스칼라인 -> 가감승제 계산기 -> 차분기관과 분석기관 -> 천공카드 도표 작성기

  3. 전기기계식 계산기

    • 종이 테이프에 천공된 프로그램 명령어들에 의하여 작동, 제어되도록 설계

  4. 전자식 계산기

    • 아타나소프 - 베리 컴퓨터 (ABC computer)
    • 순차적 방식과 2진법 체계 사용하는 진공관 방식
    • 양자(0, 0 or 1, 1 : 3bit 체계같은 느낌) : 매우 빨라짐


컴퓨터의 발전 과정

  1. ENIAC (1946)

    • 미육군 탄도 연구소의 의뢰로 탄생
    • 진공관 사용한 최초의 전자식 컴퓨터
    • 무게도 크고, 부피도 커서 사용하기가 쉽지 않음
    • 수식이 바뀌면 배선을 일일히 바꿔야하는 단점이 있다.

  2. EDSAC (1949)

    • 폰 노이만의 원리를 채택한 최초의 범용 전자 계산기
    • 프로그램 내장 방식 (Stored-Program 개념) 적용
    • 계산의 순서를 미리 기억, 실행 시 순서대로 해독하여 계산
    • 기억장치에 어떤 명령어를 삽입하는가에 따라 범용성 증가

  3. UNIVAC (1951)

    • 상업용 컴퓨터

  4. EDVAC (1952)

    • 폰 노이만이 ENIAC을 개선
    • 프로그램 내장 방식과 2진법을 채택한 컴퓨터


세대별 컴퓨터의 역사 : 세대를 구분하는 것은 소자(어떤 부품을 사용했는지)다

  1. 제1세대 (1946 ~ 1956) : 기계어, 어셈블리어 이용, (운영체제 없음)

    • 데이터의 저장과 처리에 진공관 사용
    • 주기억장치에 자기 드럼 사용
    • 천공 카드 사용
    • 냉각장치 필요
    • 수명이 짧음, 부피가 크고, 전력소모 많음
    • 하드웨어에 중점
    • 프로그램은 기계어를 사용하여 작성
    • 과학 계산, 통계, 집계
    • 에니악 (ENIAC) : 세계 최초의 전자식 진공관 컴퓨터 (육군의 탄도 궤도 계산을 위해 등장)
      (단점 : 큰 덩치에 엄척난 전력 소모, 새로운 수식 반영시 연결선 재배치로 많은 시간 소모)
    • 에드박(EDVAC) : 프로그램 내장 방식을 최초로 도입한 컴퓨터로 폰 노이만이 개발(1950)
      (1세대 범용 컴퓨터 : IBM사에서 701이라는 모델명을 가진 상업용 컴퓨터 출시)


  1. 제2세대 (1957 ~ 1964) : FORTRAN, COBOL, ALGOL 이용

    • 회로소자로 트랜지스터 사용
    • 작업 제어 언어 (JCL) 등장
    • 초기 일괄 처리 (Batch Process) 시스템의 효시 : 다중 프로그래밍 가능
    • 한 작업으로부터 다른 작업으로의 전환을 자동적으로 처리
    • 주기억장치에는 접근 시간이 짧은 자기 코어를 이용
    • 보조기억장치로 용량이 큰 자기 드럼, 자기 디스크 사용
    • 입출력장치로는 자기 테이프, 종이 카드 사용 (입출력 제어 시스템 제공)
    • 컴파일러 사용
    • 입출력 채널 대두
    • 생산 관리, 원가 관리


  1. 제3세대 (1965 ~ 1979) : PASCAL, LISP, 구조화된 언어 이용

    • 컴퓨터에 IC칩을 사용함으로써 중앙처리장치는 소형화되는 반면 기억 용량은 커짐
    • 다양한 소프트웨어를 구사할 수 있는 기능이 크게 개선됨
    • 관리 프로그램과 처리 프로그램 및 사용자 프로그램 등의 소프트웨어 체계가 확립됨
    • 다중 모드 시스템 등장 (다중 처리, 다중 프로그래밍) : 일괄 처리, 시분할 처리, 실시간 처리등을 제공
    • 가상 기억 장치, 공유 시스템 개발
    • 여러 사용자들의 프로그램을 동시에 주기억장치에 공존시키며, CPU를 작업들 간에 수시로 번갈아 할당
    • 시스템의 처리 능력을 증진시키기 위해 한 컴퓨터 시스템에 여러 개의 프로세스(process)들이 사용
    • 예측, 의사 결정
    • 운영체재 개발
    • IC 개발 : 인텔사는 최초의 초소형 전자 회로인 Intel 4004 마이크로 프로세서 개발 (1971)
      (한 번에 4자리 숫자의 정보 처리)
      (손톱만한 크기의 몇 볼트의 전력만을 사용)


  1. 제4세대 (1980 ~ 현재) : ADA, 문제 중심 언어 이용

    • 고밀도 집적회로 (LSI), 초고밀도 집적회로(VLSI) 사용
    • 컴퓨터 네트워크와 온라인 (Online) 처리 기법 사용
    • 마이크로 프로세서 등장으로 PC 개발 촉진
    • 편리한 사용자 시스템 (User Friendly System)들이 개발
    • 연산 속도는 초대형 컴퓨터인 경우 피코(10⁻¹²) 초에 이르고 있음
    • 네트워크 관리
    • 데이터베이스 관리
    • 지식정보 처리
    • 인공지능
    • 로봇


  1. 제5세대 (미래)

    • 사용 소자 중심이 아닌 얼마나 인간다운 컴퓨터가 될 것인가로 이후부터 세대를 구별
    • 인간 지능화 시대
    • 사고하는 감각을 지닌 컴퓨터
    • 처리 속도의 초고속화 (4세대의 약 10~100배 속도)

    • 바이오 칩이나 광소자를 이용한 칩의 실현

    • 컴퓨터 시스템의 구성 (하드웨어, 지식 중심 언어, 인공지능 소프트웨어, 코드화된 지식베이스)

    • 제 5세대 컴퓨터용 하드웨어의 특징
      • 초고속 장치
      • 다중 프로세서를 사용한 병렬처리 컴퓨터 시스템
      • 논리적 추론을 지원하는 연산 기능이 필요함
      • 논리 프로글밍, 인공지능 기법, 병렬 처리 개념을 내포하는 추상적인 언어가 제공되어야 함


컴퓨터의 분류

파이프라인 슈퍼 컴퓨터

파이프 라이닝 : 한 명령의 처리시간 동안에 다른 명령들을 중첩시켜서 수행하는 것

<노멀>
[----][----][----][----][----]
[읽기] [명령1]
[해석]        [명령1]
[실행]              [명령1]
[기록]                    [명령1]


<파이프라인>
[----][----][----][----][----]
[읽기] [명령1] [명령2][면령3][명령4]
[해석]        [명령1][명령2][명령3]
[실행]              [명령1][명령2]
[기록]                    [명령1]


<슈퍼 스칼라>
파이프라인 * 2
-> 두대의 파이프라인을 두고 동일하게 사용


파이프 라인 : 여러개의 명령을 시간차를 두고 실행을 중첩시키는 것
슈퍼 스칼라 : 동시에 다수의 명령을 파이프라인에 집어넣는 것


대규모 병렬 컴퓨터


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