컴퓨터 구조, 아키텍처 유형 및 작동방식

 

컴퓨터 구조에 대해 더 알고 싶으신 건가요? 잘 오셨습니다! 소프트웨어와 하드웨어 설계 분야는 실제로도 종종 겹칩니다. 이 점을 염두에 두고 컴퓨터 구조의 기본에 대해 이야기해 보겠습니다. 그러면 단순히 쿠키 커터 템플릿 이상의 것을 알 수 있습니다.

 

 

💻 컴퓨터 구조란 무엇이며, 컴퓨터를 구성하는 것은 무엇일까요?

 

컴퓨터 구조는 컴퓨터 개발에서 내려진 모든 설계 결정의 총합입니다. 개별 구성 요소의 물리적 레이아웃부터 구성 요소가 서로 상호 작용하는 방식, 구성 요소를 제어하는 데 사용되는 프로그래밍 언어에 이르기까지 모든 것을 포함합니다. 이 기사에서는 여러분이 알아야 할 모든 것을 다루는 컴퓨터 구조에 대한 완전한 가이드를 제공할 것입니다.

 

컴퓨터의 구조는 길고 다사다난한 역사를 가지고 있습니다. 이 모든 것은 20세기 초에 계산기와 시계 같은 전기 기계 장치로 시작되었습니다. 하지만 컴퓨터 설계자들이 손을 더럽힌 것은 1950년대에 이르러서였습니다. 그때부터 그들은 컴퓨터를 디자인하기 시작했고, 첫 번째 컴퓨터들은 거대하고 비쌌습니다.

 

하지만 수년간 컴퓨터 아키텍처(구조)는 엄청나게 발전해 왔습니다. 오늘날, 우리는 여러분의 주머니에 맞는 작은 컴퓨터들을 가지고 있고, 심지어 그것들을 우리 몸에 이식할 수도 있습니다. 기술이 계속 발전함에 따라 컴퓨터 구조도 진화할 것입니다. 이 기사에서는 컴퓨터 구조 역사의 몇 가지 주요 이정표를 살펴보고 오늘날 컴퓨터 사용자로서 이러한 이정표가 무엇을 의미하는지 설명하겠습니다.

 

컴퓨팅 초창기 컴퓨터는 작동하기 위해 많은 공간과 전력을 필요로 하는 거대하고 복잡한 기계였습니다. 또한 매우 느렸습니다. 일반적으로 한 번의 작업당 몇 천 분의 일 초의 속도로 작동했습니다. 결과적으로, 그것들은 대부분 대학과 실험실의 과학자들과 연구자들에 의해 사용되었습니다. 시스템은 함께 작동하여 특정 태스크를 수행하는 여러 구성 요소로 구성됩니다. 각 구성 요소에는 특정 작업이 있으며 이러한 구성 요소가 상호 작용하는 방식이 시스템의 아키텍처를 구성합니다. 이 가이드에서는 다양한 유형의 아키텍처와 아키텍처의 작동 방식을 설명합니다.

 

 

✅ 시스템의 조직 수준, 컴퓨터 및 구성 요소

 

컴퓨터 시스템은 계층 구조 위에 구축됩니다. 하위 계층은 프로세서 및 메모리와 같은 시스템의 물리적 구성 요소를 포함하는 하드웨어입니다. 다음 계층은 작업 스케줄링 및 리소스 공유와 같은 기본 서비스를 제공하는 운영 체제입니다. 그 위는 운영 체제 위에서 실행되는 응용 소프트웨어입니다. 응용 프로그램은 운영 체제에서 제공하는 라이브러리 또는 도구를 사용하여 하드웨어에 직접 액세스합니다. 마지막 계층은 사용자에게 컨트롤과 창을 제공하는 사용자 인터페이스입니다.

 

시스템의 조직 수준은 사용자에 대한 근접성 측면에서 설명될 수 있습니다. 가장 낮은 수준은 사용자와 가장 가깝고 작업 예약 및 리소스 공유와 같은 기본 서비스를 제공합니다. 다음 레벨 업은 운영 체제입니다. 운영 체제는 필수 서비스를 제공하지만 응용 프로그램이 하드웨어에 직접 액세스할 수 있도록 허용하지 않습니다. 응용 프로그램은 운영 체제에서 제공하는 라이브러리 또는 도구를 사용하여 이 계층 위에서 실행됩니다. 마지막으로, 가장 높은 수준에서는 사용자에게 단순화된 현실 보기를 제공하는 창 및 컨트롤과 같은 사용자 인터페이스 구성 요소가 있습니다.

 

컴퓨터 시스템의 조직 수준은 책임의 분리, 모듈화, 의사소통과 협력, 위임과 추상화의 다섯 가지 원칙으로 요약될 수 있습니다.

 

컴퓨터는 데이터를 이진 형식으로만 저장할 수 있는 단순한 기계에서 오늘날 우리가 사용하는 강력한 기계에 이르기까지 오랜 세월 동안 발전해 왔습니다. 이 기사에서는 컴퓨터 아키텍처, 특히 컴퓨터가 작동하는 방식을 이해하기 위해 알아야 할 사항에 대해 논의할 것입니다. 무엇보다도, 컴퓨터는 다양한 일을 할 수 있도록 함께 작동하는 다양한 구성 요소들로 구성되어 있습니다. 이러한 구성 요소에는 CPU(중앙 처리 장치), 메모리, 저장 장치, 입력 장치 및 출력 장치가 포함됩니다. CPU는 사용자가 지시하는 명령을 수행하는 역할을 하며 일반적으로 컴퓨터의 가장 강력한 부분입니다. 메모리는 CPU가 다른 작업을 수행하는 동안 일시적으로 데이터를 저장하고 저장 장치는 프로그램과 데이터를 영구적으로 저장합니다. 입력 장치를 사용하면 출력 장치가 화면에 정보를 표시하는 동안 컴퓨터와 상호 작용할 수 있습니다.

 

컴퓨터 아키텍처는 이러한 다양한 구성 요소들이 상호 작용하는 방식을 결정하기 때문에 중요합니다. 예를 들어 메모리를 많이 사용하는 프로그램을 실행하려면 컴퓨터에 충분한 메모리가 설치되어 있는지 확인해야 합니다.

 

컴퓨터는 명령을 차례로 실행함으로써 작동합니다. 키보드에 문자를 입력하면 컴퓨터에서 해당 문자를 지시로 인식합니다. 입력한 문자를 보고 룩업 테이블이라는 명령 집합과 비교합니다. 문자가 룩업 테이블의 항목 중 하나와 일치하면 컴퓨터가 해당 명령을 실행합니다. 명령을 실행하는 첫 번째 단계는 메모리 내에서 명령을 찾는 것입니다. 컴퓨터에는 입력한 모든 단어뿐만 아니라 프로그램을 실행하는 데 필요한 지시사항을 저장할 수 있을 만큼 많은 메모리가 저장되어 있습니다. 원하는 명령을 찾기 위해 컴퓨터는 메모리에서 명령의 위치를 확인합니다. 지침이 없으면 컴퓨터에서 해당 지침을 더 아래 메모리에서 검색합니다.

 

 

✅ 메모리 관리의 기본, 동적 주소 변환

 

컴퓨터 아키텍처의 핵심을 파고드는 데 관심이 있다면 프로세서 아키텍처에 대해 알고 싶을 것입니다. 프로세서 아키텍처는 모든 컴퓨터의 기본 구성 요소이며, 시스템에서 데이터가 액세스되고 처리되는 방식을 결정합니다. 프로세서 아키텍처에는 기본적으로 CPU(중앙 처리 장치) 아키텍처와 GPU(그래픽 처리 장치) 아키텍처의 두 가지 유형이 있습니다.

 

중앙 처리 장치(CPU) 아키텍처는 시스템을 대신하여 명령을 실행하는 단일 처리 코어로 구성됩니다. CPU는 데스크톱 및 랩톱 컴퓨터뿐만 아니라 많은 임베디드 시스템에 있습니다. 대조적으로 그래픽 처리 장치(GPU) 아키텍처는 각각 다른 작업을 동시에 처리할 수 있는 여러 개의 처리 코어로 구성됩니다. GPU는 3D 이미지 및 비디오 렌더링, 복잡한 시뮬레이션 관리 및 수학적 연산 수행과 같은 작업에 사용됩니다. 어떤 CPU 아키텍처를 선택하느냐는 결국 여러분에게 달려 있습니다. 모든 상황에 맞는 정답은 없습니다. 하지만 심각한 컴퓨팅을 계획하고 있다면, 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있도록 다양한 CPU 아키텍처를 이해하는 것이 중요합니다.

 

컴퓨팅 시스템은 각기 고유한 메모리 요구 사항을 가진 다양한 장치와 구성 요소로 구성됩니다. 이 기사에서는 컴퓨터 시스템의 메모리 관리 기본 사항에 대해 설명합니다. 우리는 메모리 공간의 개념과 컴퓨터가 데이터를 저장하기 위해 그것을 어떻게 사용하는지 소개하는 것으로 시작할 것입니다. 다음은 컴퓨터가 페이징 및 스왑을 사용하여 메모리를 관리하는 방법에 대해 알아보겠습니다. 마지막으로 가상 메모리를 사용하여 성능을 향상시키는 방법에 대해 설명하겠습니다.

 

DAT(Dynamic Address Translation)는 단일 시스템을 여러 시스템으로 표시할 수 있는 기술입니다. 이 작업은 한 물리적 주소 집합의 주소를 다른 물리적 주소 집합으로 매핑함으로써 수행됩니다. DAT는 컴퓨터의 네트워킹 및 주변 하위 시스템에 사용됩니다. DAT는 먼저 운영 체제로부터 주소 요청을 수신하는 방식으로 작동합니다. 그런 다음 테이블에서 해당 매핑을 조회하는 동적 변환기 모듈에 의해 요청이 처리됩니다. 일치하는 항목을 찾을 수 없는 경우 모듈은 주소 범위에 대한 변환을 찾으려고 시도합니다. 변환을 찾으려는 모든 시도가 실패하면 운영 체제는 원래 주소를 사용하도록 강제됩니다.