컴퓨터시스템구조론 | CHAPTER 1 복습문제 | 컴퓨터 시스템의 기본 개념과 무어의 법칙, 그리고 Cortex-M 시리즈의 각 버전

 

✅ CHAPTER 1 기본개념과 컴퓨터 발전과정

💡 1. 일반적인 관점에서, 컴퓨터 조직과 컴퓨터 구조의 차이점은 무엇인가?

• 컴퓨터 조직(Organization): 컴퓨터 하드웨어의 구성 요소가 어떻게 상호 연결되어 동작하는지에 대한 설계와 구성이며, 하드웨어 구성과 관련된다.
• 컴퓨터 구조(Architecture): 하드웨어와 소프트웨어 사이의 인터페이스와 상호작용 방법을 정의하는 시스템의 구조로, 소프트웨어와 관련된 구성과 기능에 대한 디자인과 구성이다.

 

컴퓨터 구조는 프로그램이 어떻게 동작하는지에 대한 추상적인 개념을 다루고, 컴퓨터 조직은 컴퓨터 시스템이 물리적인 측면을 다룬다.

컴퓨터 조직과 컴퓨터 구조는 서로 긴밀히 연관되어 있으며, 상호작용하면서 하나의 컴퓨터 시스템을 이룬다.

 

💡 2. 일반적인 관점에서, 중앙처리장치와 코어의 차이점은 무엇인가?

• 중앙처리장치(CPU): 컴퓨터 시스템에서 연산을 수행하고 데이터를 처리하는 핵심 구성 요소이다. 
• 코어(Core): 하나의 CPU 칩 안에 포함된 논리적인 연산장치이다. 

 

CPU는 전체적인 연산과 데이터 처리를 담당하는 구성 요소이고, 코어는 하나의 CPU 안에서 여러 개가 함께 동작하여 처리 성능을 향상하는 구성 요소이다.

 

💡 3. 컴퓨터의 네 가지 주요 기능들은 무엇인가?

• 입력(Input): 외부에서 정보를 받아들이는 과정으로 입력장치(Input device)를 통해 이루어진다.
• 처리(Processing): 입력된 정보를 처리하는 과정으로 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU)에서 이루어진다.
• 저장(Storage): 처리된 정보를 기억하는 과정으로 기억장치(Storage device)에 저장된다.
• 출력(Output): 처리된 정보를 외부로 내보내는 과정으로 출력장치(Output device)를 통해 이루어진다.

 

💡 4. 컴퓨터의 주요 구조적 요소들을 열거하고 간략히 정의하라

• 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit): 입력된 명령어를 해석하고 실행하는 처리기로 연산과 제어 기능으로 구성된다.
• 기억장치(Memory): 컴퓨터가 처리할 데이터와 명령어를 저장하는 공간으로 주기억장치와 보조기억장치로 나뉜다.
• 입출력장치(I/O, Input/Output Devices): 컴퓨터와 외부 장치 간의 데이터와 신호를 주고받을 수 있도록 해주는 장치로 디바이스 컨트롤러를 통해 제어된다.
• 시스템 버스(System Bus): CPU, 기억장치, 입출력장치 등 각 구성 요소 간에 정보를 교환할 수 있도록 해주는 통로로 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스로 구성된다.
• 입출력 인터페이스(I/O Interface): 컴퓨터 시스템과 입출력장치 간의 연결을 제공하고 관리하는 컨트롤러로 다양한 프로토콜과 인터페이스를 지원한다.
• 시스템 타이밍 및 클록(System Timing and Clock): 컴퓨터의 작동 속도와 처리 과정을 조정하기 위한 타이밍 신호 및 클록 신호이다. 
• 버스 인터페이스(Bus Interface): 시스템 버스와 입출력 인터페이스 간의 연결을 제공하고 관리하는 장치로 시스템 버스와 입출력 인터페이스 간의 전기 신호 및 프로토콜 변환을 수행한다.

 

💡 5. 코어의 주요 구조적 요소들을 열거하고 간략히 정의하라

• 중앙처리장치(CPU) : 코어의 핵심 부분으로서, 컴퓨터의 모든 계산과 연산을 담당한다다.
• 캐시 메모리(Cache Memory) : CPU 내부에 있는 작고 빠른 메모리로서, 빠른 접근을 위해 사용된다.
• 레지스터(Register) : CPU 내부에 있는 가장 빠른 저장 공간으로서, 연산에 필요한 데이터를 저장하고 처리한다.
• 버스(Bus) : CPU 내부에서 데이터와 명령어를 전송하는 통로이다.
• 입력장치(Input Device) : 컴퓨터에 데이터를 입력하는 장치로서, 키보드, 마우스 등이 있다.
• 출력장치(Output Device) : 컴퓨터에서 처리된 결과를 표시하는 장치로서, 모니터, 프린터 등이 있다.

 

💡 6. 멀티플렉서의 중요성은 무엇인가?

• 자원 절약 : 하나의 입력으로 여러 대상을 제어할 수 있어 자원을 절약할 수 있다.
• 데이터 전송 효율 : 여러 입력을 하나의 출력으로 전송할 수 있어 데이터 전송 효율을 높일 수 있다.
• 신호 간섭 방지 : 여러 입력 신호를 단일 출력으로 전송할 수 있어 신호 간섭을 방지할 수 있다.
• 다양한 응용 분야 : 컴퓨터 네트워크, 디지털 신호 처리, 통신 등에서 매우 중요한 역할을 한다.
• 다중화(Multiplexing)의 기본 요소 : 데이터 통신에서 다중화 기술을 구현하는 데 필수적이다.

 

💡 7. 무어의 법칙(Moore's law)을 설명하라

• 인텔의 공동 창업자 중 한 명인 고든 무어가 1965년에 제시한 법칙이. 
• 반도체 기술의 발전 속도가 매년 약 두 배씩 증가하므로, 트랜지스터의 밀도가 약 두 배씩 증가할 것이라는 내용이다.
• 초기에는 경험적으로 제시되었지만, 1975년 이후에는 현대 반도체 기술의 발전과 함께 공식적인 법칙으로 인정받았다.
• 컴퓨터의 성능 향상과 가격 인하를 이끌어내는 주요한 요인이다.

 

💡 8. 일반적인 관점에서, 깊이 임베디드 된 시스템이란 무엇인가?

• 다양한 기기나 제품에 내장되어 동작하는 작고 복잡한 컴퓨터 시스템이다.
• 제한된 리소스를 가지고 있으며, 주로 실시간 처리, 센서 데이터 수집, 통신 등의 작업을 수행한다.
• 칩 또는 보드 형태로 제작되며, 소형화, 저전력화, 고신뢰성, 내구성 등의 특징을 가지고 있다.

 

💡 9. Cortex-M 시리즈의 네 가지 버전들을 열거하고 간략히 정의하라

• Cortex-M0 : ARM의 가장 작은 프로세서로서, 저전력 소비와 작은 크기, 저비용을 강조한다.
• Cortex-M3 : 중간 규모의 프로세서로서, 디지털 신호 처리와 임베디드 시스템에서 사용된다.
• Cortex-M4 : DSP(Digital Signal Processing)와 부동 소수점 연산을 지원하는 프로세서로서, 센서 퓨전, 이미지 처리, 음성 인식 등의 작업을 수행한다.
• Cortex-M7 : 고성능의 프로세서로서, 1 GHz 이상의 클럭 속도와 이전 버전 대비 약 2배의 성능 향상을 제공한다.