[컴퓨터 구조] 컴퓨터 핵심부품들(CPU, 메모리 등)의 역할과 작동원리

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개요

JVM 동작원리 등을 더 수월하게 이해하고 컴퓨터의 근간에 대해 공부하며 문제 해결 능력을 키우기 등을 위해 컴퓨터 구조를 공부한다.

 

컴퓨터는 데이터와 명령어를 이해하고 처리해준다.

아래는 컴퓨터 구조 중 핵심부품들을 그림으로 나타낸 것이다.

부품별 설명

메인보드

부품들을 연결시켜준다.

시스템버스

핵심 부품들(CPU, 메모리, 입출력장치, 보조기억장치 등)이 서로 정보를 주고 받을 수 있게 해준다(통로역할).

cf. 다양한 종류의 버스가 있으며, 시스템버스는 컴퓨터 핵심 부품을 연결하는 버스다.

메모리(RAM)

정보를 기억하는 역할로써 0과 1을 기억하는 장치다.

※ 보조기억장치 보다 비싸고 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃는다(휘발성 저장장치).

※ 초기 RAM은 작게 기억하지만 빠른 속도를 가졌다.
이후 DRAM을 통해 더 많은 기억이 가능해졌지만 속도가 느리다는 치명적인 단점을 갖고 있다.
따라서 현재의 컴퓨터는초기 RAM을 CPU 내에 내장(=캐시메모리)하여 함께 사용한다.

cf. 캐시메모리에 대한 내용은 차후에 정리하기로 하고 본문에서는 아래에서 CPU 작동원리까지만 정리한다.

 

프로세스(=현재 실행되고 있는 프로그램)의 명령어와 데이터를 저장한다.

 

cf. 여기서 우측에 쓰인 번지는 메모리에 저장된 위치정보(=주소)를 뜻한다.

프로그램이 실행되려면 메모리에 저장되어 있어야 한다.

보조기억장치

보조기억장치는 전원이 꺼져도 저장이 가능하다.

종류로는 USB 메모리, SD카드, CD-ROM, 하드디스크, SSD 등이 있다.

CPU

CPU는 산술논리연산장치(이하 ALU, Arithmetic and Logic Unit), 제어장치(Control Unit), 레지스터(register)로 구성되어있다.

여기서 ALU는 계산을 해준다.

제어장치는 제어신호를 내보내고 명령어를 해석한다.

cf. 제어신호: 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 전기신호
(ex. 메모리 읽기/쓰기 신호)

레지스터는 CPU 내부에 있는 작은 저장장치다.

즉, CPU는 메모리에 저장되어 있는 명령어를 읽고 해석하여 실행한다.

 

CPU 작동원리

1. 제어장치가 제어신호를 통해 메모리 주소에 있는 명령어를 읽어들인다.

2. (1) 명령어를 CPU 내 레지스터로 가져온다.
(2) 제어장치가 명령어를 해석한다.

(3) 메모리 내 데이터가 저장된 주소를 읽어들이기 위해 제어신호를 내보낸다.

3. (1) 데이터를 CPU 내 레지스터로 가져온다.

(2) ALU가 계산한다.

(3) CPU 내 레지스터에 결과를 저장한다.

4. 메모리 내 데이터를 저장하기 위해 제어신호를 내보낸다.

레퍼런스

https://www.youtube.com/watch?v=SiC74U8aJbM&list=LL&index=9

https://www.youtube.com/watch?v=LBqJwmFMQHI&list=LL&index=4&t=2246s