컴퓨터시스템구조론 | CHAPTER 3 최상위에서 본 컴퓨터의 기능 및 상호연결 요약

 

✅ 1. 컴퓨터 구성 요소

💡 폰 노이만 구조 Pon von Neumann architecture

• 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU)
  • 폰 노이만 구조에서 가장 중요한 구성 요소이다.
  • 입력받은 명령어를 해독하고 실행한다.
• 주기억장치(Main Memory)
  • 폰 노이만 구조에서는 입력 데이터와 명령어 모두를 메모리에 저장한다.
  • RAM(Random Access Memory)이 주로 사용되며, 대용량 저장장치인 하드디스크와는 속도 차이가 있다.
• 입력장치(Input Device)
  • 컴퓨터에 데이터를 입력하는 장치로 키보드, 마우스 등이 있다.
  • 데이터를 이진수로 변환하여 메모리에 저장한다.
• 출력장치(Output Device)
  • 컴퓨터에서 처리한 정보를 출력하는 장치로 모니터, 프린터 등이 있다.
  • 메모리에서 저장된 데이터를 이진수에서 문자나 그림 등으로 변환하여 출력한다.
• 제어장치(Control Unit)
  • 명령어 해독 및 실행을 조절한다.
  • 연산 장치와 주기억장치 간의 데이터 전송을 제어한다.
  • 프로그램 카운터, 명령어 레지스터 등이 있다.
• 연산장치(Arithmetic Logic Unit, ALU)
  • 산술 연산, 논리 연산, 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 연산을 수행한다.

 

✅ 2. 컴퓨터 기능

💡  인출 사이클 Fetch Cycle 

• 폰 노이만 구조에서 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU)가 메모리에서 명령어를 읽어오는 과정을 말한다.
• 프로그램 카운터(Program Counter, PC): PC의 값이 참조되어 다음 명령어의 주소를 결정한다.
• 명령어 레지스터(Instruction Register, IR): 메모리에서 읽어온 명령어를 IR에 저장한다.
• 메모리 주소 버스(Memory Address Bus): PC에 저장된 주소가 메모리 주소 버스를 통해 전달한다.
• 메모리 데이터 버스(Memory Data Bus): 메모리에서 읽어온 명령어가 메모리 데이터 버스를 통해 CPU로 전달한다.
• 제어 유닛(Control Unit, CU): PC와 IR을 제어하여 명령어를 메모리에서 읽는다.

 

💡 입출력(I/O) 기능

• 컴퓨터와 외부 장치 간 데이터를 주고받는 기능이다.
• 입출력 장치(Input/Output Devices)
  • 컴퓨터와 데이터를 주고받는 외부 장치로 키보드, 마우스, 모니터, 프린터 등이 있다.
• 입출력 제어장치(Input/Output Control Unit, IOCU)
  • 컴퓨터와 입출력 장치 간 데이터 전송을 제어하는 장치이다.
  • 데이터 전송 방식에는 프로그램 방식(Programmed I/O), 인터럽트 방식(Interrupt I/O), DMA 방
  • (Direct Memory Access) 등이 있다.
• 포트(Port)
  • 입출력 장치와 컴퓨터를 연결하는 접점이다.
  • 데이터 전송 방식에 따라 병렬 포트, 직렬 포트 등이 있다.
• 버스(Bus)
  • 컴퓨터 내부의 데이터 전송 경로이다.
  • 시스템 버스, 메모리 버스, 입출력 버스 등이 있다.

 

✅ 3. 상호 연결 조직 Interconnection Organization

• 버스(Bus): 컴퓨터 시스템 내에서 데이터와 제어 신호를 전송하는 통로
• 스위치(Switch): 다양한 입력을 받아 특정 출력으로 연결하는 장치
• 라우터(Router): 여러 개의 네트워크를 연결하여 데이터를 전송하는 장치
• 허브(Hub): 네트워크 장비들을 연결하여 데이터를 전송하는 장치
• 게이트웨이(Gateway): 서로 다른 프로토콜을 사용하는 네트워크 간의 데이터 전송을 가능하게 해주는 장치
• NIC(Network Interface Card): 컴퓨터 시스템에서 네트워크에 접속하기 위한 인터페이스 카드
• 프로토콜(Protocol): 컴퓨터 시스템에서 데이터 통신을 위한 규칙과 규약을 정의한 것
• 대역폭(Bandwidth): 네트워크에서 전송 가능한 데이터 양의 최대치
• 지연시간(Latency): 데이터가 전송되는 데 걸리는 시간
• 패킷(Packet): 데이터 전송을 위해 나누어진 작은 데이터 덩어리

 

✅ 4. 버스 상호 연결 Bus Interconnection Scheme

• 주소 버스(Address Bus): CPU가 메모리나 입출력장치 등의 주변장치에 데이터를 전송하기 위해 사용하는 버스로, 메모리 주소나 입출력장치의 주소를 전송한다.
• 데이터 버스(Data Bus): CPU와 주변장치 간에 데이터를 전송하기 위한 버스로, 이진 데이터를 전송한다.
• 제어 버스(Control Bus): CPU와 주변장치 간에 제어 신호를 전송하기 위한 버스로, 데이터의 읽기/쓰기, 주변장치 선택, 인터럽트 신호 등을 전송한다.
• 단일 버스(Single Bus): 주소, 데이터, 제어 신호를 하나의 버스에 모두 전송하는 방식으로, 구성이 간단하고 비용이 저렴하지만 속도가 느리고 충돌 가능성이 높다.
• 분리 버스(Split Bus): 주소, 데이터, 제어 신호를 각각 다른 버스로 분리하여 전송하는 방식으로, 속도가 빠르고 충돌 가능성이 낮지만 구성이 복잡하고 비용이 높다.

 

✅ 6. PCI Express

• 레인(Lane): 데이터를 전송하기 위한 독립적인 신호 선으로, PCIe에서는 1개의 레인당 1비트씩의 데이터를 전송할 수 있다.
• 릴레이터(Relay): PCIe에서 데이터 전송 시 간섭을 방지하기 위한 장치로, 레인 간의 통신을 조정한다.
• 루트 복령(Root Complex): PCIe에서 최초로 데이터 흐름을 시작하는 장치로, CPU가 이에 해당한다.
• 엔드포인트(Endpoint): PCIe에서 데이터 흐름의 종점에 위치하는 장치로, 주변장치에 해당한다.
• 밴드폭(Bandwidth): PCIe에서 전송 가능한 데이터 양의 최대치이다.
• 레이턴시(Latency): PCIe에서 데이터가 전송되는 데 걸리는 시간이다.
• 버전(Version): PCIe 규격의 버전으로, 최신 버전은 PCIe 5.0이다.