• 학습 목표
  • 컴퓨터는 어떤 기능을 수행하는지 설명할 수 있다.
  • 컴퓨터 구조에서 다루는 범위를 설명할 수 있다.

 

• 주요 내용
  • 컴퓨터의 기능 : 프로그램 실행
  • 컴퓨터 구조 : 계층적으로 분류, 각 계층의 역할

 

컴퓨터의 기능
 

• 컴퓨터 (Computer)
  • 계산하는 기계
  • 프로그램을 실행하는 기계 (= 명령어를 실행하는 기계)
     
• 프로그램
  • Sequence of instructions
  • 명령어들이 의미 있는 순서로 나열된 것

 

명령어

• 프로그래머가 컴퓨터에게 실행을 지시할 수 있는 최소의 작업 단위
  (프로그래머 입장에서)
  • 일반적으로 프로그래머는 C, 파이썬 등의 고급언어로 코드를 짜지만,
     컴파일러라는 도구가 명령어들로 바꿔줌
     
• 컴퓨터가 프로그래머의 지시를 받아 실행할 수 있는 최소의 작업 단위

(컴퓨터 입장에서)
 

• 컴퓨터에서 이뤄지는 작업들을 계층 구조로 나타낸 것

 

• 반도체 기술
  • 물리적인 형태, 자연계의 신호와 소자, 전기, 전압, 전류 등의 개념으로 동작
    • 전기적으로 동작하는 스위칭 소자 (트렌지스터) 제공
    • 스위칭 소자로 컴퓨터의 기본 소자인 논리 게이트 (Logic Gate) 구현

 

• 논리회로
  • 이산 수학을 기반으로 한다.
  • 논리 개념이 들어감으로서 반도체의 물리계층 개념에서 벗어날 수 있음. (장점)
  • 이진수 체계 및 논리회로
    • 물리적 특성을 논리적 개념으로 분리
    • 부울 대수 : 2진수 체계로 컴퓨터의 동작 표현
    • 논리회로 : 논리 게이트 (AND, OR, NOT 등), 조합논리회로, 순차논리회로 등

 

• 전자회로와 논리회로

 

• 컴퓨터 조직
  • 논리회로를 기반으로 만든 컴퓨터 부품 (하드웨어의 조직)
  • 중앙처리장치, 기억장치, 입출력장치, 시스템 버스
    • 기본적으로 중앙처리장치, 기억장치, 입출력장치 3가지로 구성되며, 이를 서로 연결해 주는 시스템 버스(신호선)로 구성된다.
    • 중앙처리장치, 기억장치는 조합논리회로와 순차논리회로로 만들어 진다.
       
• 프로그래머 모델
  • 컴퓨터 조직 중 프로그래머가 알아야 될 부분, 알아야 될 가상적인 형태를 의미함.
  • 운전자가 운전하기 위해서 자동차에 대해 세부적으로 몰라도 기본적인 동작만 알면 운전이 가능하는 거랑 똑같다. (엑셀을 밟으면 앞으로 가고 등등)
    • 프로그래머가 프로그램을 작성할 수 있도록 프로그래머에게 제공되는 부분
    • 프로세서 구조, 기억장치 구조, 명령어 집합이 해당
    • 중앙처리장치, 기억장치, 입출력장치의 세세한 구조를 몰라도 "프로세서 안에 레지스터가 몇 개나 있는지, 연산 기능과 명령어는 어느 것들이 있는지,
      기억장치는 어떠한 것들을 가지고 있는지" 이정도의 지식만 있으면 프로그램을 짤 수 있음.
      # 어떻게 만들어 졌는지는 알 필요가 없다. 그것들을 활용할 수 만 있으면 된다.

• 명령어 집합 (instruction set)
  • 컴퓨터가 해석할 수 있는 명령어들의 모임
  • 하드웨어와 소프트웨어를 연결하는 인터페이스

 

• 명령어 (instruction)
  • 컴퓨터가 실행할 수 있는 각장 기본적인 작업 단위
  • 기계어 (Machine instruction) 또는 기계 코드 (Machine Code)
    • 2진수로 표현된 명령어
  • 어셈블리어 (assembly language)
    • 0과 1로만 표현되어 있어 사람이 알아보기 어렵다. (어셈블리어가 나온 이유)
    • 사람이 쉽게 이해할 수 있도록 문자 기호로 표현한 명령어 (상대적으로 쉽다)
    • 기계어와 1:1 매칭된다는 장점이 있음, 저급언어
    • 하드웨어에 따라 어셈블리어가 달라진다. (= 이식성이 낮다.)

• 소프트웨어 계층
  • 어셈블리 프로그램
    • 어셈블리 언어로 작성한 프로그램
    • 기계 의존적 (컴퓨터 cpu에 따라 어셈블리어가 달라짐)
  • 고급언어 프로그램
    • C, Java와 같은 고급 프로그래밍 언어로 작성된 프로그램
    • 컴파일러(Compiler)가 어셈블리 언어(=기계어)로 번역
      ( CPU의 종류 따라 컴파일러가 따로 있다)
    • 즉, C와 같은 고급언어 자체는 기계 독립적이다.
      ( cpu의 영향을 받지 않음 = 이식성이 높음)

 

 

                                 문제

1. 컴퓨터 구조가 다루는 범위가 아닌 것은?
   1. 기억장치 구조
   2. 프로그래머 모델
   3. 명령어 집합
   4. 프로세스 스케줄링
      • 프로세스 스케줄링이란 운영체제가 어떤 프로그램을 먼저 실행시킬 것인지 결정하는 것 (운영체제 즉, OS가 담당하는 개념)
         
2. 컴퓨터의 하드웨어와 소프트웨어를 연결하는 요소는?
   1. 명령어 집합
   2. 프로그램
   3. 논리 소자
   4. 반도체 소자
      • 소프트웨어 프로그래머는 명령어를 사용해서 컴퓨터에게 일을 시킴.
        프로그램도 어떻게 보면 답이 될 수 있지만, 명령어 집합이 훨씬 더 근접함
         
3. 프로그래머 관점에서 본 컴퓨터 하드웨어를 표현하는 용어는?
   1. 어셈블리
   2. 명령어 집함
   3. 시스템 버스
   4. 프로그래머 모델
      • 자동차를 운전할 때, 운전자 모델이랑 유사하다고 볼 수 있음

 

 

요약

 

• 컴퓨터
  • 프로그램을 실행하는 기계
  • 프로그램은 일련의 명령어들로 구성
     
• 컴퓨터의 계층적 구조
  • 프로그래머 모델 : 소프트웨어와 하드웨어 구분
  • 반도체 기술 : 물리 개념과 논리 개념 분리
    • 논리회로라는 개념 덕분에 반도체의 성질을 몰라도 컴퓨터를 이용할 수 있음
    • 컴퓨터 조직 : "실제 컴퓨터가 어떻게 구성되어 작동하느냐"의 부분
    • 프로그래머 모델 : 컴퓨터 조직 중 프로그래머들이 쓸 수 있는 부분들을 모아둔 것
      (중앙처리장치, 기억장치, 명령어 집합 등)
       
• 다음 시간
  • 컴퓨터의 발달 과정 소개