컴퓨터 시스템의 개요아이티즌 기술연구소

윤 상 민

컴퓨터 시스템의 구성

응용 소프트웨어

시스템 소프트웨어

하드웨어

종속적

프로그램에서 실행할수 있는 명령어 ( 프로그램 ) 와 데이터를 저장

중앙 처리장치

프로그램을 실행 / 입력 , 출력 , 저장장치 제어

중앙 처리장치 주 기억장치 보조 기억장치

컴퓨터 장치의 구성

주 기억장치보조 기억 장치

프로그램이나 자료를 영구적으로 기억 할 수 있는 기억장치

입출력 장치 (Input/Output Device)

입력장치- 컴퓨터가 처리할 수 있는 형태로 데이터 /

명령을 받아들임종류 : 마우스 , 키보드

출력장치- 컴퓨터가 처리한 명령을 출력함종류 : 모니터 , 빔 프로젝트 , 스피커

컴퓨터의 흐름

1. 외부처리 받음

2. 대응되는 프로그램 동작

3. 처리 결과 표현

CPU 가 동작 하는 부분

1.3 을 위해서는 인터페이스가 필요하다

ROM 과 RAM 따라잡기

ROM - 데이터의 읽기 전용 메모리 .

RAM- 데이터의 쓰기와 고쳐 쓰기를 자유스럽게 행할 수 있는 메모리 .

ROM 의 종류

MASK ROM- 제조 고정에서 이미 내용을미리 기억시켜 놓은 메모리로 사용자가 그 내용을 변경할

수 없는 롬 .

PROM- 한번 데이터를 지우고 또 다른 데이터를 기입 할 수 있는 롬 .

EPROM- 필요 할 때마다 기억된 내용을 지우고 다른 내용을 기록할 수 있는 롬 . 내용을

바꾸기 위해서 롬 라이터를 사용

EEPROM- EPROM 과 같지만 지우는 방식이 전기적이며 속도가 빠르다 . 한번에 1 바이트만

지울수 있다 .

RAM 의 종류

DRAM - 일정 기간 내에 주기적으로 정보를 다시 써넣지 안흐면 기억된 내용이

없어지는 메모리 . (REFRESH) 속도는 그리 빠르지 않으나 가격이 저렴 .

SRAM- 전원이 공급 되는 동안은 항상 기억된 내용이 그대로 남아 있는 메모리 . 소비 전력이 작고 처리속도가 빠르다 (DRAM 5 배 ) 주로 캐시 메모리로 사용된다 .

CPU 의 구성

MEMORY

CONTROLUNIT

ARITHMETICLOGICUNIT

ALU : 산술 , 논리 연산 장치CU : 제어장치

폰노이만 구조와 하버드 구조

폰노이만 구조 - 데이터 메모리와 프로그램 메모리가 구분되어

있지않고 하나의 버스를 가지고 있는 구조 .

하버드 구조 - 데이타 메모리와 프로그램 메모리가 분리되어 (

논리적 ) 메모리 단일구조 즉 데이터만을 따로 보관하는 메모리가 있다 .

CPU 속 들여다 보기내부 버스

명령레지스터

명령디코더연산기

연산 레지스터

제어부

컨트롤 버스

레지스터집합

어드레스관리부

어드레스 버스 데이터 버스

CPU 속 들여다 보기

어드레스 관리부- 메모리에 관한 어드레스 지정을 행한다EX) 다음에 설명한 레지스터 장소 , 정보 위치

레지스터 명령과 데이터를 받고 전달하는 창구

명령 디코더 명령을 번역

제어부 번역된 명령에 의한 처리를 지시

연산부 정보 처리의 중요부 ( 덧셈 뺄셈 어느것을 할 것인가의 준비 )

CPU 클럭 (Clock)

CPU 클럽 (Clock) 시계추의 진동에 해당 중앙 처리 장치가 작업을 수행하는 단위 표시단위 : Hz 컴퓨터 처리 속도 기준

명령읽기

명령해독

데이터읽기

계산수행

결과저장

주파수

A( 진폭 )

Sint = 시간에 따라 바뀌는 각도ASint = 시간에 따라 바뀌는 각도ASinwt = ASint=ASin θW( 오메가 )=2πf = 각 주파수

f = 1/t

문제 우리가 쓰는 전기는 1 초에 60 번 진동하는

교류를 쓴다 . (60Hz) 위상을 다음과 같이 나오도록 회로를 꾸민다면 1 초에 형광등은 몇 번 깜빡 일까 ?

Flip Flop 란 ?

Page 67] 플립 플롭

스위치 1. 정보를 쓰기스위치 2. 쓴 정보를 기억하기스위치 3. 기억하는 정보를 꺼내기

- 플리플롭이란 순차 논리 회로이다 .- 이진 정보를 기억하는 메모리 소자 .

플립플롭의 종류 RS 플립플롭-R 이 1 이면 리셋 , S 가 1 이면 셋 D 플립플롭- 입력을 그대로 출력 T 플립플롭- 입력이 들어올 떄 마다 출력의 상태가 바뀜 JK 플립 플롭-RS 플립플롭에 기능을 추가 모두 1 일때 반전

명령 디코더의 구조

디 코 더 - 조합 회로에 의해서 구성

- 컴퓨터 내부에서 디지털 코드화된 데이터를 해독하여 그에 대응되는 아날로그 신호로 바꾸어주는 컴퓨터 회로

명령 디코더의 구조

A1

A2

A3

x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7

Shift 레지스터의 구조

D Q

>CK Q

D Q

>CK Q

D Q

>CK Q

D Q

>CK Q

A B C

반 가산기

A  B       Sum     Carry       0  0         0          0       0  1         1          0       0  1         1          0       1  0         1          0       1  0         1          0       1  1         0          1      

전 가산기

A  B  ci     Sum     Carry    0  0  0       0          0   0  1  0       1          0    1  0  0       1          0    1  1  0       0          1    0  0  1       1          0    0  1  1       0          1    1  0  1       0          1    1  1  1       1          1

진수 2 의 승수대로 0 과 1 자리로 표현 하는 수

8 진수 8 의 승수대로 0~7 까지의 숫자로 표현한수

16 진수 16 의 승수대로 0~f 까지의 숫자 + 문자로 표현한수

소수점 진수 십진수 0.121 의 경우 1 * 10ˆ-1 + 2 * 10ˆ-2 + 1 * 10ˆ-3 = 1/10 + 2/100 + 1/1000

2 진수 0.121 의 경우 ? 1 * 2ˆ-1 + 2 * 2ˆ-2 + 1 * 3ˆ-3 = 1/2 + 2/4 + 1/8

문제

8 진수 0.121 을 10 진수로 변환 해보세요

1*8^-1 + 2*8^-2 + 1*8^-3

= 1/8 + 2/64 + 1/512 =0.158203125

보수 개념 : 반대로 세어 가는수

방법 : ex) A=3 8 의 보수를 구하면 ? 8-3 = 5 A 의 8 의 보수는 5 이다 .

1 의 보수는 ? 각 비트를 뒤집은것 .

2 의 보수는 ? 각 비트를 뒤집은것에 +1 을 더한것

플레그 조작 명령 중요한 플래그와 그 의미 CF(Carry 플레그 ) ----- 연산 결과에 자리

올림이 있으면 셋 PF(parity 플레그 ) ----- 연산 결과가 짝수면

setZF(0 플래그 ) ----- 연산 결과가 0 이면 Set

패리티 비트 (Parity Bit)

전송과정에서 생긴 자료상의 잘못을 찾아 내기위한 방법가장 기본적인 오류검출 방법

앞에서 배운 패리티 플래그와 혼동이 되면 안된다

0000 1110 의 경우 10 진수로 보면 14 이지만 이경우에는 다르게 해석한다 .

홀수 패리티 비트검출의 경우 1 의 개수가 홀수 이기 떄문에 패리티 비트에는 0 이 들어가게된다 . 1 의 개수가 짝수라면 패리티 비트에 1 을 넣어서 홀수를 만들어 준다 .

홀수 패리티 비트이면 전송되어 오는 비트는 홀수일수 밖에 없다 . 전송되어온 비트가 짝수이면 에러가 났다는것을 알수 있다 .

플레그만을 제어하는 명령 CF(Carry 플레그 ) 제어CLC-Carry 플래그를 0 으로 ClearSTC-Carry 플래그를 1 로 Set

IF(Interrupt 플래그 ) 제어CLI- interrupt 를 0 으로 ClearSTI- interrupt 를 1 로 Set

인터럽트란 ?

CPU 가 정해진 프로그램을 처리하는 중에 다른 요청 ( 다른 프로그램 / 하드웨어적인 신호 ) 을 받아 하던일을 잠시 멈추어 두고 요청된 일부터 먼저 처리 하는것 .

인터럽트 설명

인터럽트의 종류

하드웨어 인터럽트- 외부 입력장치나 센서 등의 하드웨어

장비로부터 발생되는 인터럽트 신호소프트웨어 인터럽트- 잘못된 연산 , 메모리 접근등의 소프트

웨어적으로 발생되는 신호

CISC 와 RISC

CISC(Complex Instruction Set Computer)- ‘확장 명령형 컴퓨터’- CPU 에 대한 명령의 종류를 증가하거나 고도화

하는 것에대해서 처리 능력을 향상시킴 . RISC(Reduced Instrustion Set Computer)- ‘축소 명령형 컴퓨터’- 명령의 종류를 적게 억제하고 하나하나 명령을

고속으로 시행하여 처리능력 향상

가상 메모리

물리 메모리와 하드 디스크를 합쳐 모두의 프로그램이 담긴 커다란 메모리 공간을 가상적으로 확보 하는것 .

내부 단편화 – 프로그램의 크기가 메모리의 크기보다 작은 경우 발생

외부 단편화 – 프로그램의 크기가 메모리의 크기보다 클 경우 발생

MMU

-Memory Managenment Unit- 메모리를 액세스 할때 OS측에서 프로그램을

실행하는 비효율을 방지 하기 위해서 프로그램 대신 하드웨어에서 실현하고 있는 것

- 가상메모리의 프로그램으로 부터 실행에 필요한 부분을 물리 메모리에 대해서 가능한( 메모리에 들어가는한 ) 일관해서 Swap

캐시 메모리 주기억장치와 CPU 사이에 매우 속도가 빠른 소량의 기억장치를 두고 여기에 자주 사용되는 주기억장치의 일부 영역만을 저장하는 것 .

적중률 – 캐시메모리를 참조한 횟수와 적중한 횟수로 나타내어진다 .

캐시메모리와 적중률의 관계는 ?

DMA

-DMA (Direct Memory Access) “ 직접 기억장치 엑세스”

-CPU 를 사이에 두지 않고 외부 데이터와 메모리 사이에서 데이터 전송을 행하는 것

- 디스크 같은 고속 입출력 장치가 사용이 되며 입출력이 시작된 다음에는 일정한 속도로 데이터가 전송된다 .

시리얼 인터페이스RS232- 일반적인 시리얼통신 규약- 가장 일반적인 규격으로 1:1 송수신을 행함 최대 전송속도는 20kbps 최대 케이블길이는 6~10m 정도- 많이쓰이는 MAX232 의 경우 RS232 의 전용 칩이 아니라 레벨변환을 위한 칩이라고 생각하면 된다 .

- 회선수 3 필요 : Tx, Rx, 접지

시리얼 인터페이스RS-422-RS-232C 보다 고속으로 장거리의 데이터 전송을 할수 있도록 한것 .-1:N 의 수신측 설정가능 N(최대 10)-최대 전송속도 10Mbps 최대 케이블 길이는 1200m 로 구성 - 회선수 4 필요 : RXD+,TXD+.RXD-,TXD-

시리얼 인터페이스RS485- RS-422 를 더욱 개선한 것으로 최대 32bit 기 기 끼리의 송수신을 행할수 있다 .- N:N 의 송수신 가능 - 회선수 2 필요 : RXD+- 같이 사용- TXD+- 같이 사용