컴퓨터 구조의 큰 그림

최종 수정 : 2025.04.17

컴퓨터 구조

컴퓨터 구조는 컴퓨터 과학의 가장 근원적인 학문이다. 근원적이라 함은 하드웨어에서 가장 가깝다는 말과 같다.

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■ 컴퓨터가 이해하는 정보

Q. 컴퓨터가 이해할 수 있는 정보는?

A. 데이터와 명령어

 

작성한 소스 코드는 내부적으로 컴퓨터가 이해할 수 잇는 데이터와 명령어의 형태로 변환된 뒤에 실행된다.

 

1. 데이터

• 숫자, 문자, 이미지, 동영상과 같은 정적인 정보
• 컴퓨터와 주고받는 정보나 컴퓨터에 저장된 정보 자체를 데이터라고 통칭
• 명령어에 종속적인 정보이며, 명령의 대상이자, 명령어의 재료

 

2. 명령어

• 데이터를 활용

컴퓨터는 기본적으로 0과 1만을 이해할 수 있으므로 데이터와 명령어 또한 0과 1로 이루어져 있다. 이 명령어를 실행하는 컴퓨터의 부품은 CPU이다.

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■ 컴퓨터의 핵심 부품

1. CPU(중앙처리장치)

• 정보를 읽어 들이고, 해석하고, 실행하는 부품
• CPU 의 구성 : 산술논리연산장치, 제어장치, 여러 레지스터

산술논리연산장치(ALU, Arithmetic and Logic Unit)
-> 연산을 수행할 회로로 구성되는 일종의 '계산기'이다. 다시 말해, CPU가 처리할 명령어를 실질적으로 연산하는 요소이다.

제어장치(CU, Control Unit)
-> 명령어를 해석해 제어 신호라는 전기 신호를 내보내는 장치이다. 제어 신호(control signal)이란 부품을 작동시키기 위한 신호이다.

레지스터(register)
-> CPU 내부의 작은 임시 저장장치로, 데이터와 명령어를 처리하는 과정의 중간값을 저장한다. 여러 개의 레지스터가 존재하며, 각기 다른 이름과 역할을 가지고 있다.
-> 덕분에, 레지스터 값만 잘 관찰해도 프로그램이 어떻게 실행되는지 가장 낮은 단계에서 파악할 수 있다.

-> 가장 낮은 단계??
레지스터에 어떤 값이 들어가는지 보면 CPU가 어떤 명령을 실행 중인지를 알 수 있고, 이건 결국 "기계가 실제로 뭘 하고 있는지"를 보는 것과 같다.

 

2. 메모리(주기억장치)

• 메인 메모리(main memory)를 흔히 메모리라고 줄여서 부른다.
• 일반적으로 RAM을 지칭한다.
• 메인 메모리 역할을 하는 하드웨어에는 RAM과 ROM이 있다.
• CPU가 읽어 들이고, 해석하고, 실행하는 정보를 저장하는 장치, 즉 현재 실행 중인 프로그램을 구성하는 데이터와 명령어를 저장하는 부품
• 기억해야 할 특성 : 주소, 휘발성

주소(address)
-> CPU가 메모리에 접근할 때 컴퓨터가 빠르게 작동하기 위해서는 정돈되어 있어야 한다. 이때 사용되는 개념이 '주소'이다.

휘발성(volatile)
-> 전원이 공급되지 않을 때 저장하고 있는 정보가 지워지는 특성

 

3. 캐시 메모리(cache memory)

• CPU가 조금이라도 더 빨리 메모리에 저장된 값에 접근하기 위해 사용하는 저장장치
• CPU와 메모리 사이에 존재하며, 둘 사이에는 반드시 하나 이상 존재한다.
• CPU 안에 위치하기도 하고, 밖에 위치하기도 하며, 여러 종류가 있다.

 

4. 보조기억장치(secondary storage)

• CD-ROM, DVD, 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리(SSD, USB 메모리), 플로피 디스크 등
• 꺼져도 저장된 정보가 사라지지지 않는 비휘발성(non-volatile)
• 보관할 프로그램을 저장한다.
• CPU가 어떤 프로그램을 실행하려면 보조기억장치에서 보관하고 있는 프로그램을 메모리로 복사해야 한다.

 

5. 입출력장치(input/output device)

• 컴퓨터 외부에 연결되어 있는 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치
• 입력장치 : 마우스, 키보드 등
• 출력장치 : 스피커, 모니터, 프린터 등

보조기억장치와 입출력장치는 완전히 배타적인 개념이 아니다. 둘을 묶어 주변장치(peripheral device)라고 통칭한다.

 

 

6. 메인 보드와 버스

메인 보드(main board)

• 마더 보드(mother board)라고도 한다.
• 컴퓨터의 핵심 부품을 비롯한 여러 부품들을 연결할 수 있는 슬롯과 연결 단자들이 있다.
• 이렇게 연결된 부품들은 각자의 역할을 수행하기 위해 서로 정보를 주고 받는다.

 

버스(bus)

• 이때 정보를 주고받는 통로를 '버스'라고 한다.
• 버스의 종류는 다양하지만, 핵심 부품들을 연결하는 시스템 버스(system bus)가 가장 중요하다.

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■ 저장장치의 계층 구조

CPU와 가까운 순

레지스터 -> 캐시 메모리 -> 메모리 -> 보조기억장치

이 장치들은 CPU와의 거리, 용량과 성능을 기준으로 계층적 구조를 갖는다.

 

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참고 도서

이것이 컴퓨터 과학이다.