컴퓨터 구조

<컴퓨터 시스템의 구성>

 

 

* 컴퓨터 시스템의 구성 요소

컴퓨터 시스템 = 하드웨어(기계 장치) + 소프트웨어(프로그램과 프로그램에 필요한 데이터)

사용하지 않을 때의 프로그램(명령어1+명령어2+....)은 보조기억장치에 저장되어 있다가, 프로그램이 실행되면 주기억장치로 들어간다. 중앙처리장치에서는 주기억장치의 명령어를 하나씩 읽어와 실행한다.

 

 

* 하드웨어의 구성

중앙처리장치, 주기억장치, 보조기억장치, 입출력장치

 

 

* 중앙처리장치 (= 제어장치 + 연산장치 + 레지스터 집합)

중앙처리장치는 프로그램 명령어를 해독하여 실행하는 역할을 한다. 다른 장치들과는 버스로 연결된다.

 

1. 제어장치 : 프로그램 명령어를 해독하고, 해독된 명령의 의미에 따라 연산장치, 주기억장치, 입출력장치 등에 동작을 지시한다.

 

2. 연산장치 : 제어장치의 지시에 따라 연산을 수행한다. 산술 연산(+, -, *, /), 논리 연산(AND, OR, NOT, XOR) 수행

 

3. 레지스터 : 중앙처리장치에서 명령어를 실행하는 동안 필요한 정보를 저장하는 기억 장소. 주소 레지스터, 명령어 레지스터, 스택 포인터, 레지스터 A, 레지스터 B 등이 있다.

 

중앙처리장치는 인출 단계->해독 단계->실행 단계를 반복하면서 명령어를 실행한다. 한 명령어의 실행이 끝나면 다음 명령어에 대해 인출->해독->실행을 반복한다.

 

- 인출 단계(fetch) : 주기억장치에 저장된 명령어 하나를 읽어온다.

- 해독 단계(decode) : 읽어 온 명령어를 제어 정보로 해독한다.

- 실행 단계(execute) : 해독된 명령을 실행한다.

 

 

* 주기억장치 (=RAM, ROM)

현재 실행 중인 프로그램, 프로그램 실행에 필요한 데이터를 일시적으로 저장한다. 바이트 단위로 분할되었으며 분할 공간마다 주소가 할당된다. 예를 들어 256개의 주소를 갖는 주기억장치라면 256바이트의 정보를 저장할 수 있으며 주소는 0부터 255까지 할당된다.

주기억장치의 동작은 크게 쓰기와 읽기로 나뉜다. 쓰기, 읽기 동작에는 제어 버스, 주소 버스, 데이터 버스가 사용된다.

 

- 쓰기 : 주기억장치 주소 50에 데이터 20을 쓰는 경우

    => 중앙처리장치는 주소 버스에 50, 데이터 버스에 20을 전송하고 제어 버스에 쓰기 제어 신호를 보낸다.

    => 주기억장치 주소 50에 데이터 20이 저장된다.

 

- 읽기 :  주기억장치 주소 50의 데이터 20을 읽는 경우

    => 중앙처리장치는 주소 버스에 50, 데이터 버스에 20을 전송하고 제어 버스에 읽기 제어 신호를 보낸다.

    => 주기억장치 주소 50에 저장된 20이 데이터 버스를 통해 중앙처리장치로 전송된다.

 

 

 

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<컴퓨터 시스템의 동작>

 

* 컴퓨터 시스템의 동작 과정

부팅-> 프로그램 실행 명령 -> 프로그램 실행

 

 

* 부팅이란, 컴퓨터의 전원을 켜서 사용자가 컴퓨터를 사용할 수 있는 환경이 되도록 준비하는 과정이다.

바이오스 실행-> 부팅 프로그램 실행-> 운영체제 실행

 

(cmos와 바이오스의 차이점 참고

부팅 설정을 하기 위한 내용들은 CMOS에 저장되어 있고, 설정을 하기 위한 프로그램을 롬에 저장되어 있다.

http://forensic-proof.com/archives/181?ckattempt=1)

 

 

1. 바이오스 실행

컴퓨터 전원을 켜면 중앙처리장치가 롬(주기억장치)에 저장된 바이오스 프로그램을 읽어 와서 실행한다. 바이오스는 그래픽 카드를 초기화하고 하드웨어 장치의 상태를 검사한다. 검사 결과 이상이 없으면 보조기억장치의 부트 섹터에 저장된 부팅 프로그램을 주기억장치로 이동시킨다.

- 바이오스 프로그램은 주기억장치->중앙처리장치 이동

- 부팅프로그램은 보조기억장치->주기억장치 이동

 

2. 부팅 프로그램 실행

부팅 프로그램이 주기억장치에 올라오면 바이오스는 종료되고 중앙처리장치가 부팅 프로그램을 실행한다. 부팅 프로그램은 시스템 제어권을 넘겨받아 보조기억장치에서 운영체제를 찾아 주기억장치로 이동시킨다. (운영체제도 소프트웨어이기 때문에 보조기억장치-일반적으로 하드디스크-에 저장한다)

- 부팅프로그램은 주기억장치->중앙처리장치 이동

- 운영체제는 보조기억장치->주기억장치로 이동

 

3. 운영체제 실행

중앙처리장치가 운영체제의 첫 번째 명령어를 읽어 와 실행한다. 그 이후부터는 운영체제가 컴퓨터 시스템의 동작을 제어한다.

- 운영체제는 주기억장치->중앙처리장치 이동

 

 

 

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<프로그램 명령어>

 

* 명령어의 기본 형식과 종류

일반적으로 프로그램 명령어는 연산 코드와 피연산코드로 이루어진다. (중앙처리장치에 따라 인식할 수 있는 명령어 차이가 있다)

ex) MOV 변수a 20  //상수 20을 변수 a에 저장한다.

명령어의 종류는 데이터 전송 명령어, 연산 명령어, 분기 명령어가 있다.

 

- 연산 코드 + 피연산자

- 연산 코드 + 피연산자 1 + 피연산자 2  //피연산자 1과 피연산자 2를 연산 코드에 따라 연산한 후 결과를 피연산자 1에 저장한다.

 

 

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