정보처리기능사 - 1. 컴퓨터 시스템의 구성

컴퓨처(EDPS, ADPS)의 개념

입력된 자료(Data)를 처리하여 출력하는 전자 자료처리 시스템

컴퓨터의 특징

• 대용량성: 많은 양의 데이터를 처리 및 보관
• 범용성: 컴퓨터를 여러가지 용도로 사용
• 호환성: 컴퓨터의 기종과 상관없이 여러 컴퓨터에서 사용 가능
• 정확성: 사용자의 요구사항 충족
• 신뢰성: 고장없이 기능을 원활하게 수행

💡외우기
컴퓨터의 특징은 대·범·호·정·신

컴퓨터의 구성

• 컴퓨터 = 하드웨어 + 소프트웨어
  • 하드웨어 = 중앙처리장치(제어장치 + 연산장치 + 레지스터) + 주변장치(입출력장치 + 보조기억장치)
  • 소프트웨어 = 시스템 소프트웨어 + 응용 소프트웨어

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중앙처리장치(CPU)

컴퓨터 시스템에 부착된 모든 장비를 제어하는 장치, 제어장치 + 연산장치 + 레지스터로 구성

 

제어장치(Control Unit)

명령 레지스터에서 읽은 명령어를 해독하여 제어신호를 보내 다른 장치를 제어

구성 장치

• 프로그램 카운터(PC: Program Counter)
• 명령어 레지스터(IR)
• 부호기(제어신호 발생기)
• 명령어, 번지 해독기

명령어의 실행 단계

인출(Fetch) -> 간접(Indirect) -> 실행(Execute) -> 인터럽트(Interrupt)

1. 프로그램 카운터(PC)에 저장된 주소(값)를 번지 레지스터에 옮김
2. 명령어를 주기억장치로부터 인출(Fetch)
3. 프로그램 카운터(PC) 증가
4. 명령 코드를 명령 레지스터로 이동
5. 명령 레지스터의 내용을 해독하여 실행

연산장치(ALU: Arithmetic & Logic Unit)

제어장치 명렁에 따라 연산을 수행하는 장치

구성 장치

• 가산기(Adder)
• 누산기(AC: Accumulator)
• 보수기(Complementor)
• 데이터 레지스터
• 상태 레지스터
• 오버플로 검출기
• 시프트 레지스터(Shift Register)

수행 연산

산술연산, 논리연산, 관계연상, 이동(Shift) 등

연산 수행 단위

• LIPS: 초당 1개의 연산 수행
• KIPS: 초당 1,000개의 연산 수행
• MIPS: 초당 1,000,000개의 연산 수행

레지스터(Register)

CPU 내부에서 처리할 명령어나 데이터를 일시적으로 기억하는 임시 저장소

특징

• 메모리 중 속도가 가장 빠름
• 새로운 데이터가 전송되면 기존 데이터는 삭제
• 연산 속도를 향상시키기 위해 사용

레지스터	기능
프로그램 카운터(PC: Program Counter), 프로그램 계수기 ※ 제어장치	다음 실행할 명령어를 기억
명령 레지스터(IR: Instruction Register) ※ 제어장치	현재 실행중인 명령어 기억
누산기(AC: Accumulator) ※ 연산장치	연산 결과를 일시적으로 저장, 연산의 중심
상태 레지스터(Status Register), PSWR(Program Status Word Register), 플래그 레지스터(Flag Register)  ※ 연산장치	오버플로, 언더플로, 자리올림, 인터럽트 등의 PSW를 저장 (PSW: 시스템 내부 순간 상태가 기록된 정보) 제어장치와 연산장치의 실행 순서를 제어하기 위해 사용
메모리 주소 레지스터(MAR: Memory Address Register) ※ 제어장치	기억장치를 출입하는 데이터의 번지를 기억
메모리 버퍼 레지스터(MBR: Memory Buffer Register) ※ 제어장치	기억장치를 출입하는 데이터가 잠시 기억되는 레지스터 (버퍼: 두 장치간 속도차이를 극복하기 위해 사용)
인덱스 레지스터(Index Register) ※ 연산장치	주소의 변경, 서브루틴 연결 및 프로그램에서 반복 연산의 횟수를 세는 레지스터
데이터 레지스터(Data Register) ※ 연산장치	연산에 사용될 데이터를 기억
시프트 레지스터(Shift Register), 2배 길이 레지스터 ※ 연산장치	클럭 펄스(Clock Pulse)에 의해 기억된 내용을 왼쪽 또는 오른쪽으로 1Bit 씩 자리를 이동 (클럭 펄스: 컴퓨터 내부의 각 장치와 회로의 동작을 일정하게 유지시키기 위해 규칙적으로 발생하는 전기적인 신호)

마이크로프로세서(Microprocessor)

제어장치, 연산장치, 레지스터가 하나의 대규모 집적회로 칩(IC)에 내장된 것

설계 방식에 따라 RISC, CISC로 구분

구분	RISC	CISC
명령어	적음	많음
명령어 길이	고정	가변
실행 사이클	단일	다중
주소 지정	간단	복잡
레지스터	많음	적음
전력 소모	적음	많음
처리 속도	빠름	느림
프로그래밍	복잡함	간단함
용도	서버, 위크스테이션	개인용 컴퓨터(PC)

💡외우기
마이크로프로세서에서
RISC는 레지스터, 프로그래밍을 제외하고 적고, 간단하고 빠름
CISC는 RISC의 반대, 개인용 컴퓨터(PC)로 사용

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입출력장치

입력장치

프로그램을 외부로부터 읽어 들여 컴퓨터로 처리할 수 있게 자료를 코드로 변환하여 주기억장치로 전달

• 키보드, 마우스, 스캐너, 라이트 펜, OMR(컴퓨터용 수성 사인펜 판독), OCR(인쇄된 문자 판독), MICR(자성 잉크를 판독), BCR(바코드 판독)

출력장치

처리된 데이터를 사람이 알아볼 수 있도록 변환하여 표시하는 장치

• 모니터, 프린터, 플로터

보조기억장치

입출력 겸용장치로 주기억장치의 단점을 보완하기 위해 사용, 주기억장치보다 속도는 느리지만 용량이 크다.

• 자기 디스크, 자기 테이프, CD-ROM, 하드디스크

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컴퓨터의 발전 과정

컴퓨터의 세대별 특징

세대	논리소자	주기억장치	연산 속도	특징
제1세대	진공관	자기 드럼	ms	기계어 사용 하드웨어 중심 일괄 처리 시스템
제2세대	트랜지스터(TR)	자기 코어	㎲	고급언어 개발 운영체제 도입 온라인 실시간 처리 다중 프로그램
제3세대	직접회로(IC)	집접회로(IC)	ns	사분할 처리, 다중 처리 OCR, OMR, MICR, MIS 도입
제4세대	고밀도 직접회로(LSI)	고밀도 직접회로(LSI)	ps	개인용 컴퓨터 개발 마이크로프로세서 개발 네트워크 분산 처리
제5세대	초고밀도 직접회로(VLSI)	초고밀도 직접회로(VLSI)	fs	인터넷, 인공지능, 퍼지 이론, 패턴 인식, 전문가 시스템 등 신기술 개발

처리 속도 단위

단위	ms	㎲	ns	ps	fs	as
읽기	밀리 초 (Milli Second)	마이크로 초 (Micro Second)	나노 초 (Nano Second)	피코 초 (Pico Second)	펨토 초 (Femto Second)	아토 초 (Atto Second)
수치	10−3	10−6	10−9	10−12	10−15	10−18

                                       느림 <--------------------------------------------------------------------------------------------> 빠름

💡외우기
처리 속도 단위는 밀·마·나·피·펨·아, -3승씩 증가

컴퓨터의 분류

처리 능력에 따른 분류

• 슈퍼 컴퓨터(초대형 컴퓨터): 초당 30~50TFlops의 속도, 인공위성 제어, 일기예보, 시뮬레이션 등의 특수 분야에서 사용
• 메인 프레인(대형 컴퓨터): 수백명 동접 가능, 은행, 병원, 정부기관 등에서 사용
• 미니 컴퓨터(중형 컴퓨터): 학교, 연구소 등의 업무 처리나 과학 기술 계산에 사용
• 마이크로 컴퓨터(소형 컴퓨터): 마이크로프로세서를 CPU로 사용, 워크스테이션, 데스크톱, 노트북 등 사용 

데이터 취급에 따른 분류

• 디지털 컴퓨터(Digital Computer): 문자나 숫자화된 비연속적인 데이터를 처리, 일반적으로 사용하는 컴퓨터
• 아날로그 컴퓨터(Analog Computer): 온도, 전류, 속도 등과 같이 연속적으로 변화하는 데이터를 처리, 특수 목적용
• 하이브리드 컴퓨터(Hybrid Computer): 디지털 컴퓨터의 장점 + 아날로그 컴퓨터의 장점

사용 용도에 따른 컴퓨터 분류

• 범용 컴퓨터: 여러 분야에서 다양한 용도로 사용, 디지털 컴퓨터
• 전용 컴퓨터: 특수한 목적에만 사용, 아날로크 컴퓨터

💡외우기
데이터의 개수를 셀 수 있다면 디지털 데이터, 셀 수 없다면 아날로그 데이터
디지털 컴퓨터는 범용적이고 가격이 고가, 아날로그 컴퓨터는 특수 목적용이고 가격이 저가