운영체제 Day1 (컴퓨터 구조 시작하기)

컴퓨터 구조를 알아야 하는 이유?

비전공자로서 여태까지 앱개발을 진행하면서 컴퓨터 구조를 몰라도 프로젝트를 하는데 큰 무리가 없었다. 그러나 실력 있는 개발자라면 컴퓨터 구조를 알아야 한다고 한다. 그렇다면 왜 좋은 개발자는 컴퓨터 구조를 알아야 할까?

문제 해결

코드의 문제가 없음에도 불구하고 코드가 제대로 작동하지 않는 경우가 있다. 또한 어떤 컴퓨터에서는 문제없이 작동하던 코드가 다른 컴퓨터에서는 작동하지 않는 경우도 존재한다. 이 경우 코드상의 문법적인 문제로만 치부하기에는 한계가 있다. 결국 컴퓨터의 구조상의 문제일 가능성도 있다는 것이다. 만약 컴퓨터 구조에대해 전혀 알지 못한다면 이때 문제해결을 하지못할 것이다.

하지만 컴퓨터 구조를 알고 있다면 이러한 문제를 해결할 수 있는 실마리를 찾는데 어려움이 없을 것이다.

성능/용량/비용을 고려한 개발이 가능

개발을 진행하면서 컴퓨터 구조에 대한 지식이 있다면 필요한 성능, 용량등을 효율적으로 계산 할 수 있으므로 결과적으로 필요한 비용 또한 낮아지게 된다.

컴퓨터 구조의 큰 그림

컴퓨터의 구조는 크게 두가지로 분류 할 수 있다.

1. 컴퓨터가 이해하는 정보

• 데이터: 컴퓨터가 이해하는 숫자, 문자, 이미지 같은 정적인 정보
• 명령어: 데이터를 움직이고 컴퓨터를 작동시키는 정보

2. 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품

• CPU: 컴퓨터의 두뇌, 메모리에 저장된 명령어를 읽고, 해석하고, 실행
  • 산술논리장치(ALU), 레지스터, 제어장치로 구성
• 메모리(휘발성): 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품
• 보조기억장치(비휘발성): 메모리보다 크기가 크고 전원이 꺼져도 저장된 내용을 잃지 않는 메모리
• 입출력장치: 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치

CPU의 명령어 실행과정 예시

1번지(더하라,3번지와 4번지를), 2번지(저장하라, 연산결과를)

1) 1번지에 저장된 명령어를 CPU에 건네준다 -> 레지스터에 저장 -> 해당 명령어를 제어장치가 해석 -> 3번지와 4번지에 메모리 읽기 제어 신호 보냄 -> 메모리는 저장된 데이터를 CPU에 건내준다 -> 레지스터에 저장 -> ALU는 읽어 들인 데이터를 연산

2) 2번지에 메모리 읽기 제어 신호 보냄 -> 저장된 명령어를 CPU에 전달 -> 레지스터에 저장 -> 제어장치는 해당 명령어 해석 -> 메모리 쓰기 제어 신호와 함께 계산 결과를 메모리에 전달

레지스터란?

컴퓨터는 한 순간이라도 기억을 하지 못하면 데이터는 소실 되고 만다. CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없다. 그렇기 때문에 CPU에서 메모리로 연산의 결과를 보내거나 명령을 처리하기 위해서는 이들의 대한 주소와 명령의 종류를 저장할 수 있는 기억 공간이 하나 더 필요하다. 이 역할을 수행하는 곳이 레지스터 이며 CPU와 직접 연결되어 있으므로 연산 속도가 메모리보다 수십배에서 수백배 까지 빠르다.

메인보드와 시스템 버스

• 메인보드: 마더보드라고도 하며, 컴퓨터의 핵심 부품들이 연결되어 있는 곳
• 시스템버스: 메인보드에 연결된 부품들이 서로 정보를 주고받는 통로를 버스라고 하며 컴퓨터 내부의 여러 버스 가운데 네가지 핵심 부품연결하는 가장 중요한 버스이다
  • 주소버스, 데이터버스, 제어버스로 이루어짐
  • 주소버스: 주소를 주고 받는 통로
  • 데이터버스: 명령어와 데이터를 주고받는 통로
  • 제어버스: 제어 신호를 주고받는 통로

출처: 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제, 강민철 지음