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[ Hardware ]

Ⅰ. 중앙처리장치 (CPU : Central Process Unit)

1. 중앙처리장치의 개요

    - 컴퓨터를 구성하는 가장 핵심이 되는 부분으로, 컴퓨터의 각 부분을 감시 ․ 감독 ․ 통제한다.

    - 인간의 뇌에 해당하는 부분으로서, 모든 장치의 중심부분을 말하며, 모든 연산을 수행한다.

    - 자료의 기억 기능, 자료의 연산 기능, 자료의 전달 기능, 자료의 제어기능을 수행한다.

2. 중앙처리장치의 구성

    - 넓은 의미의 중앙처리장치 : 제어장치, 연산장치, 주기억장치

    - 좁은 의미의 중앙처리장치 : 제어장치, 연산장치

  1) 제어장치 (Control Unit)

    - 컴퓨터의 명령 및 연산 또는 각종 장치를 제어하고 통제하는 장치이다.

    - 주기억장치에서 자료를 꺼내어 해석하고 명령어를 해독하며, 그 명령 신호를 각 장치에 보낸다.

    - 기억장치, 연산장치, 입 ․ 출력장치 등에게 명령을 내리고 처리하도록 지시하는 기능을 수행한다.

    - 프로그램 카운터와 명령 레지스터를 이용하여 명령어의 처리 순서를 제어한다.

  2) 제어장치의 레지스터 구성

    ☞ 레지스터(Register) : CPU 내에서 데이터를 일시적으로 저장할 수 있는 임시기억장소를 말하며, 플립플롭으로 구성됨.

    ① 프로그램 카운터 (PC : Program Counter)

      : CPU에서 다음에 수행될 프로그램이나 명령어가 들어 있는 기억장치 주소를 가지고 있는 레지스터를 말하며, 프로그램의 수행 순서를 제어하는 역할도 한다.

    ② 명령 레지스터 (IR : Instruction Register)

      : CPU에서 현재 수행하고 있는 명령어를 일시 저장하는 레지스터이다.

    ③ 명령 해독기 (ID : Instruction Decoder)

      : CPU가 기계어 명령을 수행할 때 기억장치에서 가져 온 명령어의 코드(Op-Code)를 해석하여 어떤 동작을 할 것인지 결정하는 레지스터이다.

    ④ 기억 번지 레지스터 (MAR : Memory Address Register)

      : CPU 내부에서 기억장치 내의 정보를 호출하기 위해 그 주소를 기억하고 있는 제어용 레지스터로, 기억장소의 번지를 기억하고 있다.

    ⑤ 기억 버퍼 레지스터 (MBR : Memory Buffer Register)

      : 주기억장치에 들어갈 자료나 기억장치에서 나오는 자료가 반드시 거치게 되는 레지스터로, 기억장치를 통해 접근된 자료를 저장한다.

    ⑥ 인터럽트 (Interrupt)

      : 가로채기라고도 하며, 컴퓨터의 CPU에 어떠한 신호를 보내어 수행하던 프로그램을 일시 중지하고, 미리 정해진 인터럽트 처리 루틴으로 분기하여 그것을 수행한다.

    ⑦ 번지 해독기 (Address Decorder)

      : 번지 레지스터의 번지를 해독하고 주기억장치 내의 데이터가 저장될 번지를 지정한다.

    ⑧ 부호기 (Encoder)

      : 디코더(해독기)에서 전달된 명령어를 실행하기 위해 각 장치에서 인식할 수 있도록 명령어를 변환하여 전송하는 장치이다.

  3) 연산장치 (Arithmetic Unit)

    - 제어장치의 지시에 따라 산술연산, 논리연산, 관계연산을 수행하는 장치이다.

    - 산술연산(Arithmetic Operation) : 가감승제(+,-,*,/)의 연산을 수행

    - 관계연산(Relational Operation) : >, <, >=, <=와 같이 비교연산을 수행

    - 논리연산(Logical Operation) : 참(1)인지, 거짓(0)인지 판단하는 연산으로, 1비트로 연산이 가능하다.

  4) 연산장치의 레지스터 구성

    ① 누산기(ACCumulator)

      : 산술 및 논리 연산에서 발생된 결과 값을 일시적으로 저장하는 레지스터이다.

    ② 데이터 레지스터(Data Register)

      : 연산되는 자료를 일시적으로 저장하고 있다가 연산에 필요한 경우에 저장한 자료를 제공한다.

    ③ 가산기(Adder)

      : 논리 또는 산술 연산을 수행하며, 누산기와 데이터 레지스터의 저장된 값을 더하여 연산한다.

    ④ 상태 레지스터(PSW : Program Status Word)

      : CPU에서 수행되는 연산에 해당하는 여러 가지 상태에 대한 정보를 저장하기 위해 사용하는 레지스터이다.

    ⑤ 인덱스 레지스터(Index Register)

      : 주소 지정시 변위로 이용되는 레지스터로, 프로그램이 한 번 저장된 상태를 변경할 수 없다.

    ⑥ 보수기(Cpmplementer)

      : 일반적으로 뺄셈을 수행하는 감산기 기능을 하는 장치를 말한다. 즉, 감산을 하기 위해 가산기를 이용하여 보수로 바꾸는 장치이다.

Ⅱ. 기억장치(Memory Unit)

1. 기억장치의 개요

    - 데이터를 일시적으로 저장하는 장치로서 반 연구적 또는 영구적으로 저장하는 장치를 말한다.

    - 기억장치는 기억 특성에 따라 크게 주기억장치와 보조기억장치로 분류한다.

2. 주기억장치

    - 중앙처리장치와 연결되어 작업 수행에 필요한 운영체제 및 현재 수행되는 프로그램이나 데이터를 기억하는 장치로 내부 기억장치라고도 한다.

    - 현재는 RAM(Random Access memory) 또는 ROM(Read only Memory)을 주로 사용한다.

    - 초기에는 자기코어 등을 주기억장치로 사용하였다.

  1) 자기코어(Magnetic Core)

    - 페라이트(Ferrite)라는 자성 물질의 분말을 도넛 모양으로 만든 기억소자이다.

    - 전류가 흐를 때 발생되는 자기장에 의해 자기코어가 자화되어 정보를 기억하는 방식이다.

    - 1960~70년대에 자기코어는 2세대의 주기억 소자로 사용되었다.

    - 1비트를 저장할 수 있는 대표적인 파괴성 메모리이다.

  2) RAM(Random Access Memory)

    - 원하는 장소에 기억시키고, 읽고 변경할 수 있는 기억매체이다.

    - 기억 장소의 위치에 관계없이 직접 접근이 가능하며, 주기억장치에 널리 사용된다.

    - 전원이 끊어지면 작성된 프로그램이나 데이터가 모두 소멸되는 휘발성 메모리이다.

    - 정적 램(SRAM : Static RAM)과 동적 램(DRAM : Dynamic RAM)으로 분류한다.

    - RAM의 분류 및 특징

정적 램(SRAM : Static RAM)	동적 램(DRAM : (Dynamic RAM)
- 전원 공급이 계속되는 한 저장된   내용이 계속 기억되는 RAM을 말   함 - 안정적인 플립플롭으로 구성 - 속도가 매우 빠르나, 전력소모가   많음 - 적은 용량의 기억장치에 주로 사용 - 처리 속도가 고속인 캐시 메모리에   사용	- 전원이 공급되는 동안에도 주기적   인 재충전(Refresh)이 필요한 기억   장치 - 전력 소모가 적고 경제적임 - 집적도가 높고 회로 구성이 간단 - 가격이 저렴하여 주기억장치에 주   로 사용 - 주기억장치로 사용

  3) ROM (Read only Memory)

    - 컴퓨터 시스템을 운영하는 데 필요한 제어 프로그램을 기억하는 기억 매체이다.

    - 제조할 때 프로그램을 기억시켜 두면 변경할 수 없는 특징이 있다.

    - 전원이 끊어져도 기억된 내용이 그대로 남아 있는 메모리이다.

    - 전원의 인가 유무에 상관없이 데이터를 보존하는 비휘발성 메모리.

    - BIOS(Basic Input Output System), POST(지연) 작업을 할 수 있는 펌웨어의 특징을 갖는다.

    ☞ 펌웨어(firmware) : ROM에 저장된 하드웨어를 제어하는 마이크로 프로그램으로, 하드웨어 적인 소프트웨어를 말한다.

    - ROM의 분류 및 특징

ROM 종류	특     징
Mask ROM	- 제조 당시에 기억되어 있는 내용을 변경할 수 없고,   사용할 수 만 있는 ROM
PROM(Programmable ROM)	- 한번 기록된 내용은 다시 변경할 수 없는 ROM - 단 한 번에 한해서 사용자가 데이터를 지우고 새로운   데이터를 쓸 수 있음
EPROM(Erasable & PROM)	- 강한 자외선을 이용하여 기억된 내용을 지우거나 다   른 내용을 기록하여 몇 번이고 반복 사용할 수 있는   ROM
E-EPROM(Electrically EPROM)	- 전기적인 특성을 이용하여 기억된 내용을 지우고 다   시 기록할 수 있는 ROM - 플래시 메모리라고도 부름

3. 보조기억장치

    - 주기억장치의 기억 용량이 한정되어, 포화되는 데이터를 기억하기 위한 외부 기억장치이다.

    - 기록하거나 판독할 때 속도가 느리고 기억용량이 크고 확장이 가능하다.

    - 정보를 기록하거나 판독할 때 처음부터 차례로 검색하는 순차 접근방식(SASD : Sequential Access Storage Device)과, 원하는 데이터에 직접 갈 수 있는 직접 접근방식(DASD : Direct Access Storage Device)으로 구분한다.

    - 대표적인 보조기억장치로는 자기테이프, 자기디스크, 플로피디스크, 광저장 장치, 자기드럼, 데이터셀 등이 있다.

4. 보조기억장치의 종류

  1) 자기테이프(Magnetic Tape)

    - 자기테이프는 폴리에스테르 필름에 자기의 성질을 입혀 만든 대용량 기억장치이다.

    - 기록된 데이터를 순차적으로 추출하여 처리속도가 느리다.

    - 테이프 위에 있는 9개의 채널에 기록되는 EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code : 2진화 10진 코드) 코딩 기법을 널리 사용한다.

    - 테이프 1인치당 저장될 수 있는 문자 혹은 바이트 수로 테이프의 밀도를 나타낸다.

    - 자기테이프의 구성

BOT	IBG		논리 레코드	논리 레코드	IBG		논리 레코드	논리 레코드	IBG		EOT
테이프 시작점		Block				Block					테이프 끝점

    ┌ BOT (Begin Of Tape) : 테이프의 시작점

    ├ EOT (End on Tape) : 테이트의 끝점

    ├ IRG (Inter Record Gap) : 레코드와 레코드 사이의 간격을 말하며, 논리레코드         │                          와 같은 의미

    ├ IBG (Inter Block Gap) : 블록과 블록 사이의 간격을 말하며, 물리레코드와 같은 의      │                         미

    ├ BPI (Byte Per Inch) : 테이프의 기록밀도를 말하며, 1인치에 저장되는 바이트 수

    ├ BF (Blocking Factor) : 블록화 인수라고 하며, IBG와 IBG사이의 논리레코드 개수

    ├ TPI (Track Per Inch) : 테이프에서 1인치에 저장되는 트랙의 수

    └ TM (Tape Mark) : 테이프에 기록된 데이터와 데이터를 구분하는 마크

    ☞ 블록화인수 : 물리레코드(블록)를 구성하고 있는 논리레코드의 개수

2) 자기디스크(Magnetic disk)

    - 자성 물질을 입힌 금속원판의 양면에 데이터를 저장하는 매체이다.

    - 기록된 데이터의 선택 검색이 가능한 라이브러리 저장매체로 사용

    - 디스크 팩은 공동 중심축에 부착된 많은 금속판으로 구성된다. (판들은 보통 지름이 14인치)

    - 분당 3,600RPM(Revolution Per Minute : 분당회전수), 5,400RPM, 9,600RPM의 매우 빠른 속도로 저장하는 매체이다.