컴퓨터 하드웨어 알아보기(CPU, memory, 입출력장치, 보조기억장치 등)

컴퓨터는 하드웨어와 소프트웨어로 구성되어 있습니다.

이번에는 컴퓨터의 하드웨어에 대해서 자세히 알아보도록 하겠습니다.

 

반응형

1. CPU (Central Processing Unit)

 

CPU는 컴퓨터의 두뇌라고 불리는 핵심 부품입니다.

마치 사람이 생각하고 판단하는 것처럼,

CPU는 컴퓨터 프로그램의 명령어를 해석하고 실행하여 모든 작업을 수행합니다.

 

CPU의 주요 역할

• 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 핵심 부품
• 프로그램의 명령어를 해석하고 실행
• 연산, 제어, 논리 연산 등을 수행
• 연산: 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 기본적인 연산 수행(연산장치)
• 논리 연산: 참 또는 거짓을 판단하는 논리 연산 수행
• 제어: 프로그램의 명령어를 순서대로 읽어오고 실행(제어장치)
• 데이터 처리: 프로그램에서 사용하는 데이터를 처리

CPU의 주요 구성 요소

1. 제어 장치 (Control Unit)

• CPU의 지휘자 역할을 수행
• 프로그램의 명령어를 읽어오고 순서대로 실행
• 다른 부품들에게 지시를 내림

2. 연산 장치 (Arithmetic Logic Unit, ALU)

• CPU의 계산기 역할을 수행
• 연산 (덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈) 및 논리 연산 (AND, OR, NOT) 수행

3. 레지스터 (Register)

• CPU 내 임시 저장 공간
• 빠른 속도로 데이터 처리
• 연산에 필요한 데이터 및 결과 저장

4. 이 외에도 CPU 성능에 영향을 미치는 주요 구성 장치

• 캐시 메모리 (Cache Memory): CPU 내 고속 임시 저장 공간, 자주 사용되는 데이터 저장
• 시스템 버스 (System Bus): CPU와 다른 부품을 연결하는 통로

 

CPU의 핵심 작동 원리

1. 명령어 읽어오기(Fetch)

  - CPU는 메모리에서 명령어를 가져와서 내부에 있는 명령어 레지스터에 저장합니다.

  - CPU는 프로그램 카운터라는 것을 사용하여 다음에 가져올 명령어의 위치를 알고 있습니다.

2. 명령어 해석(Decode)
  - 가져온 명령어는 CPU 내부에서 해석됩니다.

  - 해석된 명령어는 어떤 연산을 수행할지, 어떤 데이터를 사용할지를 CPU에 알려줍니다.

3. 명령어 실행&연산 및 데이터 처리 (Execute)

  - 해석된 명령어에 따라 CPU는 연산을 수행하거나 데이터를 이동시킵니다.

4. 결과 저장(Store)

  - 실행된 결과는 필요에 따라 메모리에 다시 저장됩니다.

  - 연산 결과는 레지스터라는 임시 저장 공간에 저장됩니다. 

  - 레지스터는 빠른 속도로 데이터를 처리할 수 있는 공간입니다.

 

2. 주기억장치 (Main Memory)

주기억장치의 주요 역할

• CPU가 직접 접근하여 데이터와 프로그램 명령어를 저장
• 프로그램 실행에 필요한 데이터를 빠르게 제공
• 프로그램 실행 시 임시 저장 공간 역할

주기억장치의 주요 구성 요소

1. RAM(Random Access Memory)

  - RAM은 컴퓨터가 켜져 있는 동안에만 정보를 저장하는 일시적인 메모리입니다.

  - 프로그램 실행 파일 및 데이터를 임시로 저장하며, CPU가 즉시 접근할 수 있습니다.

• DRAM (Dynamic Random Access Memory): 일반적인 메인 메모리, 저렴하지만 접근 속도 느림
• SRAM (Static Random Access Memory): 고속 메모리, DRAM보다 비싸지만 접근 속도 빠름

2. ROM(Read Only Memory)

  - ROM은 컴퓨터가 꺼져도 정보를 유지하는 영구적인 메모리입니다.

  - 컴퓨터 부팅에 필요한 기본적인 명령어와 같은 데이터가 저장되어 있습니다.

 

주기억장치의 핵심 작동 원리

1. CPU는 메모리 주소를 통해 특정 데이터를 요청
2. 메모리 컨트롤러는 요청을 받아 DRAM 또는 SRAM에서 데이터를 읽어옴
3. 읽어온 데이터는 CPU로 전송
4. CPU는 데이터를 처리하고 결과를 다시 메모리에 저장

주기억장치 특징

• 휘발성: 전원이 꺼지면 저장된 데이터가 소멸
• 높은 접근 속도: CPU가 직접 접근하여 데이터를 읽고 쓸 수 있음
• 대용량: 프로그램 및 데이터를 저장할 수 있는 충분한 공간 제공

 

3. 입출력장치(Input/Output Device)

입출력장치의 주요 역할

• 컴퓨터와 외부 세계를 연결하는 역할
• 입력 장치: 키보드, 마우스, 트랙패드, 터치스크린, 스캐너, 마이크, 웹캠  등
• 출력 장치: 모니터, 프린터, 프로젝터, 스피커, 헤드폰  등

입출력장치의 주요 구성 요소

• 입력 장치: 데이터 입력
• 출력 장치: 데이터 출력
• 인터페이스: 컴퓨터와 입출력 장치를 연결하는 통로
• 드라이버: 컴퓨터와 입출력 장치 간의 통신을 위한 소프트웨어

입출력장치의 핵심 작동 원리

 

입력 장치

1. 사용자는 입력 장치를 통해 데이터를 입력
2. 입력 장치는 데이터를 전기 신호로 변환
3. 전기 신호는 인터페이스를 통해 컴퓨터로 전송
4. 컴퓨터는 드라이버를 통해 데이터를 해석

출력 장치

1. 컴퓨터는 데이터를 드라이버를 통해 전기 신호로 변환
2. 전기 신호는 인터페이스를 통해 출력 장치로 전송
3. 출력 장치는 전기 신호를 데이터로 변환하여 출력

 

4. 보조기억장치 (Secondary Storage Device)

 

보조기억장치의 주요 역할

• 주기억장치보다 대용량의 데이터 저장
• 영구적 데이터 저장 (전원이 꺼져도 데이터 유지)
• 프로그램 및 데이터 백업

보조기억장치의  주요 구성 요소

• HDD (Hard Disk Drive): 기계식 저장 장치, 저렴하지만 속도 느림
• SSD (Solid State Drive): 반도체 기반 저장 장치, HDD보다 비싸지만 속도 빠름
• USB 메모리: 휴대성이 뛰어난 저장 장치
• SD 카드: 카메라, 스마트폰 등에 사용되는 저장 장치
• 클라우드 스토리지: 인터넷을 통해 데이터 저장 및 공유

보조기억장치의  핵심 작동 원리

HDD:

1. 헤드가 플래터 (회전하는 원반)의 자기 테이프에 데이터를 읽고 씀
2. 데이터는 트랙과 섹터라는 단위로 저장
3. 헤드는 암을 따라 이동하여 트랙을 찾고, 섹터를 읽고 씀

SSD:

1. 플래시 메모리 칩에 데이터를 저장
2. HDD보다 훨씬 빠른 속도로 데이터 읽고 씀

USB 메모리, SD 카드:

1. 플래시 메모리 칩을 사용하여 데이터 저장
2. 휴대성이 뛰어나 간편하게 데이터 전송

클라우드 스토리지:

1. 인터넷을 통해 데이터 저장 및 공유
2. 서버에 데이터를 저장하여 언제 어디서든 접근 가능

보조기억장치 특징

• 비휘발성: 전원이 꺼져도 데이터가 유지
• 저렴한 가격: 대용량 데이터 저장에 적합
• 다양한 종류: 사용 목적에 따라 선택 가능