[마이크로 프로세서] 컴퓨터 구조, 폰 노이만, 하버드 구조

Contents

1. 컴퓨터 시스템의 구성
2. 컴퓨터의 역사
3. 폰 노이만, 비 폰 노이만, 하버드 구조

컴퓨터 시스템의 구성

하드웨어 : CPU, 주기억 장치, 보조 기억 장치, 입출력 장치, 시스템 버스

• 중앙처리장치(프로세서, 마이크로프로세서) : 프로그램 실행, 데이터 처리
• 산술 논리 연산 장치 : 산술 연산 논리연산, 보수 연산 등등 연산
• 제어장치(Control Uint) : 명령어 해독, 컴퓨터의 모든 장치 제어
• 레지스터 : CPU 내부에 있는 임시기억 장치, 고속 액세스 가능

기억장치

주기억 장치 : 고속 액세스 가능, 휘발성 메모리, 고가임 ex) RAM

보조 기억 장치 : 비휘발성 메모리, 속도 느림, 저가 ex) ROM, SSD

입출력 장치

입력 장치 : 키보드 마우스

출력 장치 : 프린터, 스피커, 모니터

시스템버스

• 주소버스(단방향) : 주서 정보 전송하는 선들의 집합
• 데이터 버스(양방향) : 데이터 전송을 위한 선들의 집합
• 제어 버스(단방향) : 시스템 내의 각종 요소의 동작 제어를 위한 선들의 집합

  

 

소프트웨어

시스템 소프트 웨어 : OS, 디바이스 드라이버, 컴파일러, 링커(연결 편집기), 로더(ex. 부트로더)

응용 소프트웨어 : 특정 용도에 활용하기 위해 만든 프로그램 ex) MS office

프로그램 처리 과정

고급언어 → 어셈블리어 → 기계어 순으로 변환

cf) 니모닉 : LOAD, ADD, STOR / 어셈블리어 프로그램 명령어

컴퓨터의 역사

해석기관 : 방정식 순차적으로 풀 수 있도록 고안된 기계식 계산기

천공 카드 시스템 : 종이 카드에 구멍을 뚫어 자료를 처리하는 시스템

1세대 컴퓨터 : 폰 노이만이 제안한 프로그램 개념 도입, 기계어와 어셈블리어 사용

2세대 컴퓨터 : 운영체제 개념 도입, 다중 프로그래밍

3세대 : 캐시 기억장치 등장, 시분할 처리

4세대 : 마이크로 프로세서 개발, 가상 기억 장치의 개념, 개인PC 대중화

5세대 : 비 폰 노이만 컴퓨터 구조 제안

무어의 법칙 : 트랜지스터 수 12개월 마다 2배로 증가한다는 법칙 → 이후 18개월로 늘어남→ 24개월로 늘어남

황의 법칙 : 1년에 2배씩 메모리 용량이 증가할거라는 법칙

폰노이만, 비 폰 노이만, 하버드 구조

폰노이만 구조 (모클리와 에커트가 고안)

폰 노이만 구조의 프로그램 처리 과정

1. PC(Program Counter)를 이용해 메모리에서 명령어 인출
2. 제어장치가 명령어 해독
3. 명령어 실행에 필요한 데이터 메모리에서 인출 후 레지스터에 저장
4. ALU장치가 명령어 실행 후 레지스터나 메모리에 결과 저장

폰 노이만 병목 현상

순차적으로 프로그램을 처리하므로 메모리나 시스템 버스에 병목현상이 생김

구조적으로 시스템 버스에 병목 현상 발생

비 폰 노이만 구조

병렬 컴퓨팅 같은 프로그램 일부를 하드웨어화 하거나, 추론 기구를 채택한 컴퓨터

하버드 구조

폰 노이만 구조 단점 보완

데이터 메모리 영역을 물질적으로 분리 (프로그램 메모리 + 데이터 메모리)