[CS] CPU와 기억장치의 접속 / 전체 시스템의 구성 / 컴퓨터 구조의 발전 과정

TIL(Today I Learned)

CPU와 기억장치의 접속

• 쓰기 동작 - CPU가 데이터를 저장할 기억 장소의 주소와 저장할 데이터를 각각 주소 버스와 데이터 버스를 통하여 보내는 동시에, 쓰기 신호를 활성화
• 읽기 동작 - CPU가 기억장치 주소를 주소 버스를 통하여 보내는 동시에 읽기 신호를 활성화(단방향성) -> 일정 시간이 경과한 후에 기억장치로부터 읽혀진 데이터가 데이터 버스에 실리고, CPU는 그 데이터를 버스 인터페이스 회로를 통하여 읽음(양방향성)

CPU와 I/O 장치의 접속

• CPU와 I/O장치의 접속은 중간 매개체인 시스템 버스를 통해 접속이 되지만, 시스템 버스에서 I/O장치로는 바로 연결이 불가능하기 때문에 I/O장치 제어기를 통해 제어를 전달
• I/O장치 제어기 - CPU로부터 입/출력 명령을 받아서, 해당 I/O장치를 제어하고 데이터를 이동함으로써 명령을 수행하는 전자 회로 장치
• CPU <-> 시스템 버스 <-> I/O장치 제어기 <-> I/O장치

전체 시스템의 구성

하드웨어

중앙처리장치

• 컴퓨터 시스템 전체를 제어하는 장치

  제어장치

• 내부에서 일어나는 작업을 통제하고 관리

  산술논리연산장치(ALU)

• 산술연산과 논리연산을 수행

기억장치

주기억장치

• 컴퓨터 시스템에서 수행되는 프로그램과 수행에 필요한 데이터를 기억

  보조기억장치

• 보조기억장치에 저장된 데이터는 중앙처리장치와 직접 정보를 교환할 수 없기 때문에 주기억장치로 옮긴 후 처리

입력장치

• 처리할 데이터와 정보를 외부에서 입력할 수 있도록 함

출력장치

• 컴퓨터 내부에서 처리된 결과를 사용자가 보내거나 들을 수 있도록 출력매체를 이용하여 내보냄

소프트웨어

• 컴퓨터 프로그램과 관련된 문서들을 총칭하는 용어

  시스템 소프트웨어

• 컴퓨터 시스템을 제어하고 운영하는 프로그램

응용 소프트웨어

• 시스템 소프트웨어를 기반으로 하여 특정한 응용 분야에서 특수 목적을 위해 사용할 수 있는 프로그램
  

컴퓨터 구조의 발전 과정

스위치

• 가장 사용하기에 편한 0,1로 이루어진 이진수를 사용하게된 시초
• 빛이 켜지면 1, 꺼지면 0
• 3가지 이상의 결과가 필요할때도 밝기를 여러단계로 나누기보다 스위치 자체의 개수를 늘리는 것이 더 빠르고 효율적

Relay(전자계전기)

• 전자기 원리가 더해진 스위치
• 전류를 흘림 -> 전류때문에 전자석이 됨 -> 자석이 철판을 당김 -> 이것을 스위치로 사용

진공관

• 스위치를 물리적으로 작동시킴에따라 나타나는 릴레이 속도의 한계
• 두개의 판 사이에 전자를 잠깐 가둬 사용하는 방식
• 시간이 짧기 때문에 지속적으로 재기록을 해줘야하는 단점 존재
• 속도는 초당 연산 천만번정도

트랜지스터

• 진공관은 크기가 크고 수명이 짧다는 단점 존재
• 크기가 더 작고 열을 적게 받는 고체장치의 필요성
• 열이 거의 나지않아서 수명이 반 영구적이며 스위치 기능뿐만 아니라 전류 증폭이 가능
• 전류를 특정방향으로만 흘리게 만드는 다이오드를 여러개 붙여서 만듬

IC, 집적회로(Integrated Circuit)

• 기능이 늘어난 트랜지스터의 스위치구조는 매우 복잡해졌고 스위치로 만든 회로 구조를 매번 직접 넣다보니 고장과 유지보수 문제 발생
• 기기에 직접 설치가 아닌 트랜지스터 회로만 모은 판을 따로 만든 집적회로의 등장

현재

• 1cm1cm에 100개 정도의 트랜지스터를 박던 시대에서 현재는 회로를 나노m 단위에 그려넣어 1cm1cm에 수십억개를 넣는 기술까지 발전
• 20000년대 개인 PC의 시대가 열리면서 컴퓨터 부품의 수요와 공급이 폭발
• 그에 따라 가격이 저렴해지고 제작 기술이 발전
• 현대의 CPU는 단순 고속 연산장치라고 부르기에는 너무 많은 기능들을 포함