[컴퓨터 구조] 하드웨어의 분류와 역할

 

 

하드웨어의 분류와 역할

ㆍ중앙처리장치: 컴퓨터의 '전자 두뇌' 역할을 하는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit: CPU)는 줄여서 CUP라고 부릅니다. 그리고 때로는 MPU(Microprocessing Unit)라고도 합니다. 또한 단순 처리 장치(Processor)라고도 부릅니다.

컴퓨터에서 중앙 처리 장치, CPU는 마이크로프로세서(Microprocessor)라고 불리우는 작은 하나의 칩입니다. 

중앙 처리 장치는 컴퓨터가 각 부분의 작동을 제어하고 연산을 수행하는 핵심적인 부분입니다. CPU는 제어 장치와 연산 장치(ALU)로 나누어 볼 수 있습니다.

ㆍ제어장치: 주 기억 장치에 기억된 프로그램의 명령들을 해독하고, 필요한 장치에 신호를 보내어 장동시킵니다. 그리고 결과를 검사·통제 합니다. 즉, 컴퓨터의 각 장치의 작동에 필요한 신호를 발생시킵니다. 

ㆍ연산장치: 프로그램상의 명령문에 대한 모든 연산을 수행하는 장치입니다. 이것은 누산기(Accumulator), 데이터 레지스터, 가산기(Adder), 상태 레지스터 등으로 구성되어 있습니다. 연산은 수치에 대한 수치 연산과, 참과 거짓의 논리 값에 대한 논리 연산으로 구분됩니다. 

누산기는 주기억 장치로부터 연산할 자료를 제공받아 연산한 결과를 다시 보관하는 기능을 합니다. 데이터 레지스터는 실행 대상이 2개 필요한 경우에 주기억 장치에서 읽어들인 데이터를 임시 보관합니다. 그리고 필요할 때에 제공하는 역할을 합니다.

가산기는 누산기와 데이터 레지스터의 두 수를 가산하는 기능을 합니다. 그리고 덧셈 결과는 누산기에 저장됩니다.

상태 레지스터는 연산 결과가 양수, 0, 음수인지, 자리올림이나 오버플로가 발생했는지 등의 연산에 관계되는 상태, 그리고 외부에서 들어온 인터럽트 신호의 유무도 나타냅니다. 제어 장치와 밀접한 관계가 있습니다.

ㆍ기억 장치: 현대의 컴퓨터는 노이만이 제안한 프로그램 내장 방식을 채택하고 있습니다. 기억 장치의 기능이 매우 중요합니다. 처리해야 할 데이터는 안전하게 기억 장소에 저장되어 있어야 합니다. 

기억된 데이터를 처리하기 위해 반복해서 읽어도 그 내용은 변하지 않아야 합니다.  데이터를 다른 장소로 옮겨도 원래의 내용에는 변함이 없어야 합니다. 

기억 매체는 크기가 작고 용량이 크며, 가격이 저렴하고, 판독 시간이 짧아야 좋은 기억 매체라 할 수 있습니다. 좋은 기억 장치 매체를 위한 소자의 개발이 활발히 진행중에 있습니다.

 

 

ㆍ기억 장치의 계층: 기억 장치는 일반적으로 액세스 속도와 용도에 따라 나눠집니다. 캐시 기억 장치, 주기억 장치, 보조기억 장치 3단계 시스템으로 나눌수 있습니다.

ㆍ캐시 기억 장치: 중앙 처리 장치와 주기억 장치 사이의 속도 차이는 매우 큽니다. 그래서 프로그램 실행 속도를 중앙처리 장치의 속도에 가깝도록 하기 위해 개발된 고속 버퍼 메모리를 캐시 기억 장치라 합니다.

캐시 기억 장치는 주기억 장치보다 처리 속도가 빠르며, 중앙 처리 장치 내에 위치하고 있습니다.

자주 사용 하게 될 프로그램과 데이터를 주기억 장치가 아닌 캐시 기억 장치에 별도로 기억 시켜 두어서 고속 처리에 상당한 효과를 얻게 됩니다. 

ㆍ주기억 장치: 주기억 장치는 중앙 처리 장치에 연결되어있습니다. 현재 수행될 프로그램 및 데이터를 기억하는 장치입니다. 기억매체, 어드레스 선택 회로, 기록 회로, 판독 회로 등으로 구성되어 있습니다.

주기억 장치에 사용되는 기억 매체는 재질에 따라서 자성체와 반도체로 구분할 수 있습니다. 자성체에는 자기코어, 자기 박막, 자기 버블 등이 있습니다. 반도체에는 양극성 집적 회로, 단극성 집적회로가 있습니다. 자성체와 반도체의 대표적인 것으로 자기 코어와 집적 회로가 있습니다.

 

 

ㆍ자기 코어 기억 장치: 도우너 형태의 자성물질로서 크기가 작을 수록 속도가 빠릅니다. 자기 코어에 정보를 기억 시키고 유지하는 원리로 제2세대, 제3세대 컴퓨터에 많이 사용되었습니다.

ㆍ집적 회로 기억 장치: 1970년대 이후 얇고 좁은 실리콘 판에 트랜지스터를 집적시킨 집적 회로가 개발되었습니다. 집적 회로 기억 장치는 부피가 작고 전력 소모가 적으며, 기억 속도도 빨라서 주기억 장치의 기억 매체가 자기 코어에서 집적 회로로 대치되기에 이르렀습니다.

기억장치의 기억부를 사용 용도에 따라서 분류를 하면 롬(ROM: Read Only Memory)과 램(RAM: Random Access Memory)으로 구분할 수 있습니다.

롬은 제어 장치를 도와서 컴퓨터 시스템을 효과적으로 운영하는 데 필요한 프로그램들이 펌웨어 방식으로 기억된 장치입니다. 롬의 기억 내용은 제작 당시에 결정되어 그 후에는 일반적으로 변경할 수 없습니다. 전원의 공급이 차단되더라도 기억 내용이 그래도 남게 됩니다.

램은 롬과 달리 내용을 자유 자제로 읽거나 변경 할 수 있는 장치입니다. 사용자의 프로그램이나 데이터가 이곳에 기억됩니다. 램에 전원 공급이 차단 되면 기억하고있던 내용이 모두 지워집니다. 램에 기억된 내용을 보전하려면 보조 기억장치에 기억 시켜 두어야 합니다.

ㆍ보조 기억 장치: 주기억 장치는 용량이 한정되어 있습니다. 그리고 정보를 영구적으로 보관할 수 없습니다. 따라서, 현재 사용하지 않는 프로그래과 데이터를 기억시켜 두었다가, 필요할 때에 사용할 수 있는 외부 기억 장치를 보조 기억 장치라 합니다.

ㆍ디스크 드라이브: 디스크 드라이브는 디스크에 자료를 기록하고, 기록된 자료를 읽어들이는 장치입니다. 디스크는 음반과 비슷하게 생긴 둥근 원판 위에 자성 물질을 발라 놓아 자화시킬 수 있도록 만든 것입니다. 이것을 자기 디스크라고 부릅니다. 자기 디스크는 자료가 기록된 위치에 관계없이 빨르게 찾아 읽을 수 있고, 기억 용량도 커서 많이 사용되는 보조 기억 장치입니다. 

디스크 드라이브에서는 자기 디스크를 여러 장 모아 하나의 축에 고정시켜서 만든 디스크 팩을 사용합니다. 

디스크 한 장에는 여러개의 동심원이 있는데, 이것을 트랙이라고 부릅니다. 바깥 쪽 트랙이 안 쪽 트랙 보다 크지만 기록되는 자료의 양은 같습니다. 트랙은 또 다시 여러 등분되는데, 등분된 트랙의 각 부분을 색터라고 부른다. 각 트랙은 몇개의 섹터로 나뉘며, 이트랙과 섹터의 구분으로 자료의 기록 위치를 결정합니다. 

디스크 드라이의 대표적으로는 HDD가 있습니다.