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1 장 . 컴퓨터 구조

1 장 . 컴퓨터 구조. 다루는 내용 컴퓨터의 구성장치와 기본구조 정보의 표현과 저장 컴퓨터 구조의 발전과정 컴퓨터의 분류. [ 그림 1-1] 컴퓨터의 구성. Section 01 컴퓨터 구성 장치와 기본 구조. 컴퓨터의 구성. [ 그림 1-2] 중앙처리장치의 종류. 하드웨어. 중앙 처리장치 (CPU : Central Processing Unit) 컴퓨터 시스템 전체를 제어 산술 · 논리 연산장치와 제어장치 , 레지스터로 구성. 중앙처리 장치 (CPU).

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1 장 . 컴퓨터 구조

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  1. http://academy.hanb.co.kr

  2. 1장. 컴퓨터 구조 • 다루는 내용 • 컴퓨터의 구성장치와 기본구조 • 정보의 표현과 저장 • 컴퓨터 구조의 발전과정 • 컴퓨터의 분류

  3. [그림 1-1] 컴퓨터의 구성 Section 01 컴퓨터 구성 장치와 기본 구조 • 컴퓨터의 구성

  4. [그림 1-2] 중앙처리장치의 종류 하드웨어 • 중앙 처리장치(CPU : Central Processing Unit) • 컴퓨터 시스템 전체를 제어 • 산술·논리 연산장치와 제어장치, 레지스터로 구성

  5. 중앙처리 장치(CPU) • 산술·논리 연산장치(ALU : Arithmetic Logic Unit) • 사칙 연산을 수행하는 산술 연산(Arithmetic Operation)과 참과 거짓을 판별하는 논리 연산(Logic Operation)을 수행 • 제어장치(Control) • CPU 내부에서 일어나는 모든 작업을 통제하고 관리 • 적절한 순서로 명령을 꺼내고 명령을 해석하여 그 해석에 따라 컴퓨터 시스템의 적절한 부분으로 제어신호를 전달 • 레지스터 • CPU내의 임시 저장장치

  6. [그림 1-3] 기억장치의 계층 구조 기억장치(Memory Device)

  7. [그림 1-4] 주기억 장치 주기억장치 • 수행 프로그램과 수행에 필요한 데이터를 기억하고 있는 장치 • 비교적 CPU에 접근 속도가 빠르며 많은 용량을 기억 • RAM(Random Access Memory)이 주로 사용

  8. [그림 1-5] 여러 가지 보조 기억 장치(HDD, DVD, CD) 보조기억 장치 • 외부 기억장치 • 반영구적으로 데이터를 저장하고 보존 • 중앙 처리장치와 직접 정보를 교환할 수 없기 때문에 주 기억장치로 옮겨진 후 처리 • 주억장치에 비해 가격은 저렴하고 저장 용량 또한 크지만 속도가 느린 단점 • 자기 테이프, 자기 디스크, 자기 드럼, 플로피 디스크, CD-ROM, DVD, Flash Memory, 광 디스크

  9. [그림 1-6] 다양한 입력장치(마우스, 키보드, 스캐너, 조이스틱) [그림 1-7] 출력 장치(모니터, 프린터) 입력장치와 출력장치 • 입력장치(Input Device) • 컴퓨터 프로그램과 데이터를 읽어 들이는 역할 • 출력장치(Output Device) • 컴퓨터 내부에서 처리된 결과를 사용자가 보거나 들을 수 있도록 하는 역할

  10. 소프트웨어(Software) • 정보의 이동 방향과 정보처리의 종류를 지정하고 그러한 동작들이 일어나는 시간을 지정하는 명령들의 집합 • 시스템 소프트웨어(System Software) • 컴퓨터를 효율적으로 사용하기 위해 만들어진 소프트웨어 • 컴퓨터 시스템을 제어하고 운영하는 프로그램 • 응용 소프트웨어(Application Software) • 특정한 응용 분야에 사용하기 위해 개발된 소프트웨어

  11. Section 02 정보의 표현과 저장 • 컴퓨터에서 정보의 표현 • 2진수로 자료를 표현 • 데이터 1비트를 기본으로 0, 1 두 개의 숫자로 표시 • n비트당 사용 가능한 2진수의 조합은 2n만큼의 조합을 가질 수 있다. 여기서 n은 비트의 수를 말한다. • 비트 수가 늘어 나면 정보의 양이 많아 지지만 그만큼 저장해야 할 데이터의 양도 증가 [표 1-1] 비트당 사용 가능한 2진수의 조합

  12. 진법의 표기 방법 [표 1-2] 각 진법의 표기 방법

  13. 수의 진법 • 10진법(Decimal notation) • 0~9사이의 10개의 숫자를 사용하여 정보를 표현 • 10진수 128의 표현: 128 = 1×102 + 2×101 + 8×100 • 2진법(Binary notation) • 0, 1만 사용하여 정보를 표현 • 2진수 (1101)2 : (1101)2 = 1×23 + 1×22 + 0×21 + 1×20 • 23에 있는 값을 MSB(Most Significant Bit) • 20위치에 있는 값을 LSB(Least Significant Bit) [표 1-3] 10진수의 128 표현 [표 1-4] 2진수 (1101)2의 표현

  14. 수의 진법 • 8진법(Octal notation) • 0~7까지의 8가지 숫자를 사용하여 정보를 표현 • 8진수 (27)8 :(27)8 = 2×81+7×80 • 16진법(Hexadecimal notation) • 0~9까지의 10가지 숫자와 A,B,C,D,E,F의 여섯 가지 문자를 사용하여 정보를 표현 • 16진수 (12FF)16 : (12FF)16 = 1×163 + 2×162+F×161+ F×160 • 여기서 F는 10진수의 15에 해당 [표 1-5] 8진수 (27)8의 표현 [표 1-6] 16진수 (12FF)16의 표현

  15. 간단한 진법 변환 • 10진수 → 2진수 변환 • 방법 1) 연속적인 2의 나눗셈과 나머지 • 10진수 128을 2진수로 변환하는 과정 • 방법 2) • 10n+2 + 10n+1 + 10n로 표현되는 수체계를 2n+2 + 2n+1 + 2n로 표현되는 수체계로 변환

  16. 간단한 진법 변환 • 2진수 → 10진수 변환 • 10진수 → 2진수로 변환하는 과정의 역과정

  17. Section 03 컴퓨터 구조의 발전과정 [표 1-7] 컴퓨터의 각 세대별 발전 과정

  18. 1세대 컴퓨터 • 진공관을 이용하여 제작된 컴퓨터 • 크기가 매우 크며, 열 발생량이 많고 전력소모가 크다 • 기계어, 어셈블리어 사용 • ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) • UNIAC(Universal Automatic Computer) • 폰노이만(Von Neumann) • 프로그램 내장의 개념 • 프로그램이 데이터와 함께 기억 장치에 저장 • 컴퓨터는 기억장치에 내장된 명령들을 읽어 수행

  19. 2세대 컴퓨터 • 진공관을 트랜지스터로 대체한 컴퓨터 • 기억 용량이 증대되었고, 연산의 속도가 빨라지고, 크기를 작게 하고, 열 발산과 전력 소모를 줄인 컴퓨터 • FORTRAN, ALGOL, COBOL등의 언어가 사용 • 운영체제의 개발이 이루어지며, 다중 프로그래밍이 가능

  20. 3세대 컴퓨터 • 집적회로(Integrated Circuit)를 사용한 컴퓨터 • 저렴한 가격과 컴퓨터의 소형화 • 소프트웨어 산업이 비중이 증가 • 시분할 처리를 통하여 멀티 프로그래밍을 지원 • 캐쉬 메모리 • IBM 360 시리즈, UNIVAC 9000 시리즈, PDP-11

  21. 4세대 컴퓨터 • 고밀도 집적회로(LSI : Large Scale Integrated Circuit)을 기본소자로 하여 개발 • 소형화와 저렴한 가격 • 개인 컴퓨터(PC : Personal Computer)의 대중화 • 기존 시스템에 비해 빠른 처리속도(ps : 10-12) • IBM 4300, 3030 모델

  22. 5세대 컴퓨터 • 초고밀도 집적회로(VLSI : Very Large Scale Integrated Circuit)을 기본소자 • 경영정보, 지식정보 시스템, 인공지능 신경망, 퍼지, 멀티미디어 가상현실을 목표 • 인터페이스를 좀더 인간에 편리하도록 구현 • GUI(Graphic User Interface) 환경, 자동 번역시스템, 음성인식 응용시스템 • 다중 프로세서를 사용한 병렬처리 컴퓨터 시스템 • 새로운 소자의 개발과 인공 지능의 연구

  23. [그림 1-9] 처리 성능 및 규모에 따른 분류 Section 04 컴퓨터의 분류 • 처리 성능과 규모에 따른 분류

  24. 처리 성능과 규모에 따른 분류 • 마이크로 컴퓨터(퍼스널 컴퓨터) • 가정용이나 작은 사업의 용도로 가격이 저렴하고 크기가 작다. • Word 길이에 따라 구분하며, 숫자가 클수록 처리 속도가 빠르다. • 미니 컴퓨터 • 마이크로 컴퓨터와 슈퍼 컴퓨터 사이에 해당 • 대용량의 주기억장치와 보조 기억장치 • 다수의 사용자들이 한 컴퓨터를 사용할 수 있고 빠른 주변 장치로 구성 • 중소기업, 학교, 연구소들에서 주로 사용된다.

  25. 처리 성능과 규모에 따른 분류 • 메인 프레임 컴퓨터(Mainframe Computer) • 대용량의 저장 장치를 보유하여 다중 입출력 채널을 이용한 고속의 입출력 처리 능력을 보유 • 은행, 보험, 병원 업무 등의 분야에서, 대규모 데이터 베이스 저장 및 관리 용으로 사용 • 슈퍼 컴퓨터 • 복잡한 계산을 초고속으로 처리하는 초대형 컴퓨터로 가장 빠르고 비싼 컴퓨터이다. • 강력한 병렬 처리를 지원하는 소프트웨어로 구성 • 원자력 개발, 항공우주, 기상 예측 등에서 사용

  26. 구조에 따른 분류 • 파이프라인 슈퍼 컴퓨터(Pipeline supercomputer) • 하나의 CPU 내에 다수의 연산 장치를 포함 • 각 연산 장치는 고도의 파이프 라이닝 구조를 이용하여 고속 벡터 계산이 가능 • 대규모 병렬 컴퓨터(massively parallel computer) • 하나의 시스템 내에 상호 연결된 수백 혹은 수천 개 이상의 프로세스들을 포함 • 프로세서들이 하나의 큰 작업을 나누어서 병렬로 처리하는 구조

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