CS | 컴퓨터 구조 | 컴퓨터가 이해하는 정보와 컴퓨터의 핵심 부품

컴퓨터 구조 지식은 크게 "컴퓨터가 이해하는 정보"와 "컴퓨터의 핵심 부품 4가지"로 나뉜다. 이번 글에서는 컴퓨터가 이해하는 정보란 무엇이며, 컴퓨터의 핵심 부품 4가지는 어떤 것이 있는지 전체적으로 간략하게 정리해보고자 한다.

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컴퓨터가 이해하는 정보

컴퓨터가 이해할 수 있는 정보는 한정되어 있다. 컴퓨터는 0과 1로 이루어진 정보만 이해할 수 있다. 이렇게 0과 1로 표현되는 정보는 데이터와 명령어가 존재한다.

컴퓨터가 이해하는 정보는 데이터와 명령어가 있다.

데이터

• 데이터는 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상 등과 같은 정적인 정보를 의미
• 사용자가 컴퓨터와 주고받는 정보 혹은 컴퓨터에 저장된 정보를 지칭하기도 함

명령어

• 컴퓨터를 실질적으로 작동시키는 정보
• 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보

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컴퓨터의 4가지 핵심 부품

컴퓨터의 종류는 다양하지만, 컴퓨터를 작동시키는 4가지 핵심 부품은 중앙처리장치(Central Processing Unit; CPU), 주기억장치(Main Memory, 메모리), 보조기억장치(Secondary Storage), 입출력장치(Input/Output(I/O) Device)이다. 아마 이런 부품들은 컴퓨터에 조금이라도 관심을 가지고 찾아봤다면 한번쯤 들어봤을 부품들이다.

컴퓨터의 4가지 핵심 부품

컴퓨터 핵심 부품의 구조

컴퓨터의 핵심 부품 4가지는 위 그림과 같이 연결되어 있다. 가장 큰 사격형은 메인보드이며, 메인보드 내부에는 시스템버스가 존재한다. 그리고 CPU, 메모리, 보조기억장치, 입출력 장치는 메인보드의 시스템버스와 연결되어 컴퓨터가 작동하게 된다.

CPU

CPU는 사람으로 비유하면 두뇌의 역할을 하는 부품이다. 메모리에 저장된 명령어를 읽고, 명령어를 해석하고, 명령어를 실행하는 부품이다. CPU의 내부는 복잡하게 구성되어 있는데, 산술논리연산장치(Arithmetic Logic Unit; ALU), 레지스터(Register), 제어장치(Control Unit; CU)는 내부 구성 요소 중 가장 중요한 세 가지 요소이다.

• ALU는 컴퓨터 내부에서 수행되는 대부분의 계산을 수행하는 장치이다. 일종의 계산기라고 생각하면 된다.
• 레지스터는 CPU 내부에 있는 작은 임시 저장장치이다. 프로그램을 실행하는데 필요한 값들을 임시로 저장하게 되며, 레지스터는 역할에 따라 서로 다른 이름을 가지고 있다.
• 제어장치는 제어 신호(Control Signal)를 내보내고, 명령어를 해석하는 장치이다. 제어 신호는 간단하게 컴퓨터 부품을 관리하고 작동시키기 위한 일종의 전기신호라고 이해하면 된다.

메모리

메모리는 현재 실행되고 있는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품이다. 프로그램이 실행되기 위해서는 메모리에 저장되어 있어야 한다. 그리고 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 역할을 수행한다.

컴퓨터가 빠르게 작동하기 위해서는 메모리 속 명령어와 데이터에 빠르고 효율적으로 접근해야 하는데, 저장된 값에 빠르고 효율적으로 접근하기 위해서 주소(Address)라는 개념이 사용된다. 원하는 주소로 메모리 내에 저장된 값에 접근할 수 있는 것이다.

보조기억장치

메모리는 명령어와 데이터를 저장하는 역할을 하지만, 저장 용량이 작고, 전원이 꺼지면 저장된 내용이 사라진다는 단점이 있다. 보조기억장치는 용량이 크고 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는 메모리를 보조하는 저장장치이다. 흔히 사용하는 하드디스크(HDD), SSD, USB, CD 등이 보조기억장치에 해당한다.

메모리가 현재 "실행되고" 있는 프로그램읠 저장하는 역할을 한다면, 보조기억장치는 "보관할" 프로그램을 저장한다고 이해할 수 있다. 우리가 컴퓨터에 설치한 프로그램은 보조기억장치에 보관되며, 프로그램을 실행하면 보조기억장치에서 프로그램을 메모리로 꺼내와 작동하다가 컴퓨터를 종료하면 해당 정보들이 다시 보조기억장치에 저장된다라는 흐름으로 간단하게 생각해 볼 수 있다.

입출력장치

입출력장치는 모니터, 키보드, 마우스와 같이 컴퓨터 외부에서 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 주고받는 장치를 의미한다. 키보드, 마우스, 마이크 등은 입력장치라고 할 수 있으며, 모니터, 프린터, 스피커와 같은 장치들은 출력장치라고 할 수 있다. 즉, 사용자는 입력장치를 이용하여 컴퓨터 외부에서 컴퓨터 내부로 정보를 전달하며, 컴퓨터 내부에서 처리된 정보는 출력장치를 이용하여 사용자가 볼 수 있도록 내보내는 역할을 한다.

메인보드와 시스템버스

메인보드(Main Board) 혹은 마더보드(Mother Board)라고 부르는 부품은 컴퓨터의 부품들을 서로 연결하는 역할을 한다.  메인보드에는 여러 컴퓨터 부품들을 부착할 수 있는 슬롯과 연결 단자가 위치한다.

실제 메인보드 이미지 (ASUS TUF Gaming B760M-PLUS)

이렇게 메인보드에 장착된 부품들은 서로 정보를 주고받을 수 있다. 서로 정보를 주고 받을 때에는 메인보드 내부에 있는 버스(Bus)라고 하는 통로를 이용하게 된다. 다양한 버스 중에서 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품들을 연결하는 버스를 시스템버스(System Bus)라고 한다.

 

시스템 버스는 주소 버스(Address Bus), 데이터 버스(Data Bus), 제어 버스(Control Bus)로 구성되어 있다. 주소 버스는 주소를 주고 받을 때, 데이터 버스는 데이터를 주고 받을 때, 그리고 제어 버스는 제어 신호를 주고 받을 때 사용되는 통로이다. 간단하게 전달 흐름에 대해 설명하면, CPU에서 제어 신호를 제어 버스를 통해 메모리로 전달하고, 읽고자 하는 주소를 주소 버스를 통해 전달한다. 그럼 제어 신호와 주소를 전달받은 메모리는 해당 주소에 있는 데이터를 데이터 버스를 통해 CPU로 전달한다.

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요약

• 컴퓨터 구조는 컴퓨터가 이해하는 정보와 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품으로 이루어져 있다.
• 컴퓨터가 이해하는 정보는 데이터와 명령어가 있다.
• 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품은 CPU, 메모리, 보조기억장치, 입출력장치이다.
• 메인보드는 컴퓨터 부품을 장착할 수 있는 부품이며, 버스라고 하는 통로를 이용하여 각 부품끼리 정보를 주고받을 수 있도록 한다.
• 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품을 연결하는 버스를 시스템 버스라고 하며, 시스템 버스는 역할에 따라 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스로 구성되어 있다.

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Reference

1. 혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제 / 출판사: 한빛미디어 / 저자: 강민철

혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제 | 강민철 - 교보문고