컴퓨터 4가지 핵심 부품과 메인보드(시스템 버스)

목차

컴퓨터 4가지 핵심 부품

• 컴퓨터의 핵심 부품
  • CPU(중앙처리장치), 메모리(주기억장치, RAM), 보조기억장치, 입출력장치(I/O device).
• 컴퓨터의 핵심 부품들은 메인보드를 통해 연결
  • 핵심 부품들 사이의 소통은 주로 메인보드 내부의 시스템 버스를 통해 이루어짐

CPU(중앙처리장치)

• 컴퓨터의 두뇌 역할
• 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 읽어 들인 명령어를 해석하고 실행하는 부품
• CPU 내부 구성 요소
  • 산술논리연산장치 (ALU : Arithmetic Logic Unit)
    • 계산만을 위해 존재하는 부품
  • 레지스터 (Register)
    • CPU 내부의 작은 임시 저장 장치
    • 프로그램을 실행하는 데 필요한 값들을 임시로 저장
    • CPU 안에는 여러 개의 레지스터가 존재하고 각기 다른 이름과 역할을 가지고 있음.
  • 제어장치 (CU : Control Unit)
    • 제어 신호(control signal)를 내보내고 명령어를 해석하는 장치
    • 제어 신호는 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기 신호
      • CPU가 메모리에 저장된 값을 읽고 싶을 땐 메모리를 향해 "메모리 읽기"라는 제어 신호 보냄
      • CPU가 메모리에 어떤 값을 저장하고 싶을 땐 메모리를 향해 "메모리 쓰기"라는 제어 신호를 보냄
• CPU가 명령어를 실행하는 과정
  
  1. 제어장치가 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이기 위해 메모리에 "메모리 읽기" 제어 신호를 보냄
  2. 메모리가 저장된 명령어를 CPU에 건네주면, CPU는 이 명령어를 레지스터에 저장
     • CPU가 메모리에 접근하는 속도는 레지스터에 접근하는 속도보다 훨씬 느림. 따라서 우선적으로 ALU의 결괏값을 메모리가 아닌 레지스터에 우선 저장함.
  3. 제어장치는 읽어 들인 명령어를 해석한뒤, 명령에 필요한 데이터를 가져오기 위해 메모리에 "메모리 읽기" 제어 신호를 보냄
  4. 다시 메모리는 저장된 데이터를 CPU에 건네주고, CPU는 이 데이터를 서로 다른 레지스터에 저장
  5. ALU는 레지스터를 통해 읽어 들인 데이터를 받아오고, 제어장치로부터 수행할 연산을 알려주는 제어 신호를 받아들인 뒤 연산 수행. 계산된 결괏값은 레지스터에 저장 (연산 결과에 대한 추가적인 상태 정보 플래그(flag)는 플레그 레지스터에 저장)
  6. 첫 번째 명령어가 끝나면, 다음 명령어에 대해서 (1~5) 반복 수행
  7. 모든 명령이 끝나고 계산 결과를 저장하기 위해 제어장치는 계산 결과와 메모리에 "메모리 쓰기" 제어 신호를 함께 보냄.

메모리(주기억장치)

• 주기억장치에는 크게 RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory) 두 가지가 존재
  • 메모리라는 용어는 보통 RAM을 지칭 (특별한 언급이 없으면 주기억장치는 RAM이라고 생각해도 무방)
• 메모리는 현재 실행되는 프로그램의 (명령어와 데이터)를 저장하는 부품
  
  • 즉, 프로그램이 실행되려면 반드시 메모리에 저장되어 있어야 함
  • (명령어와 데이터)는 컴퓨터가 이해하는 정보 (컴퓨터는 0과 1로 표현된 정보만을 이해)
• 메모리에 저장된 값에 빠르고 효율적으로 접근하기 위해 주소(address)라는 개념 사용
  • 메모리에 저장된 값의 위치는 주소로 알 수 있음.
• 메모리 단점
  • 메모리는 가격이 비싸 저장 용량이 작음
  • 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃음.

보조기억장치

• 메모리보다 크기가 크고 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는 저장 장치
• 보조기억장치 예시
  • 하드디스크, SSD, USB 메모리, DVD, CD-ROM 등
• 메모리는 현재 실행되는 프로그램을 저장한다면, 보조기억장치는 보관할 프로그램을 저장한다고 생각

입출력장치(I/O device)

• 입출력장치는 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치
• 입출력장치 예시
  • 마이크, 스피커, 프린터, 마우스, 키보드

메인보드와 시스템 버스

• 컴퓨터의 핵심 부품들은 메인보드를 통해 연결
  • 핵심 부품들 사이의 소통은 주로 메인보드 내부의 시스템 버스를 통해 이루어짐
• 시스템 버스 구성
  • 주소 버스 : 주소를 주고받는 통로
  • 데이터 버스 : (명령어와 데이터)를 주고받는 통로
  • 제어 버스 : 제어 신호를 주고받는 통로
• 시스템 버스를 포함한 CPU가 명령어를 실행하는 과정
  • (CPU가 명령어를 실행하는 과정은 위 내용 참고)
  • 제어장치에서 "메모리 읽기" 신호 보내고 데이터 받는 과정
    • CPU는 제어 버스로 "메모리 읽기" 제어 신호를 보내고, 주소 버스로 읽고자 하는 주소를 보냄
    • 메모리는 데이터 버스로 CPU가 요청한 주소에 있는 내용을 보냄.
  • 제어장치에서 "메모리 쓰기" 신호 보내는 과정
    • CPU는 데이터 버스로 메모리에 저장할 값을, 주소 버스를 통해 저장할 주소를, 제어 버스를 통해 "메모리 쓰기" 제어 신호를 보냄

출처

• 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제