분홍이네 노-답 IT 2nd분홍이네 노-답 IT 2nd

ⓐ 중앙처리장치

① Central Processing Unit

- 메모리에 저장된 프로그램과 자료를 이용하여 실제 작업을 수행하는 회로 장치

② 주요 구성 요소

- 연산장치 :: 자료의 연산을 수행

- 제어장치 :: 컴퓨터의 작동을 제어

- 레지스터 :: 연산에 필요한 자료를 임시로 저장

- 버스 :: 자료 버스, 제어 버스

㉠ 연산장치

㉮ 연산장치 ( Arithmetic and Logic Unit )

- 더하기, 빼기, 나누기, 곱하기 등의 산술 연산

- Not, And, Or, Xor 등의 논리 연산을 수행하는 회로

㉯ 레지스터의 이용

- 중앙처리장치의 임시기억장소인 누산 레지스터와 자료 레지스터에

저장된 자료를 연산에 참여할 피연산자로 이용

- 결과는 다시 누산 레지스터에 저장되어 필요하면 주기억장치에 저장되거나

다른 연산에 이용

㉡ 제어장치

㉮ 제어장치 ( Control Unit )

- 산술 및 논리 연산에 요구되는 작업을 연속적으로 수행하는 신호를 보냄으로

연산장치와 레지스터가 명령을 수행하게 하는 장치

- 인간의 뇌와 같은 요소

㉯ 구성

- 여러 개의 해독기와 제어기로 구성

㉢ 레지스터

㉮ 정의

- 중앙처리장치 내부에서 연산에 필요한 자료를 잠시 저장하기 위한 임시

기억 장소

- 중앙처리장치는 컴퓨터가 명령을 수행하는 과정을 처리하기 위해 여러 개의

레지스터를 가짐

③ 명령어 처리 과정

㉠ Cpu와 주기억장치 간의 자료 전송

㉡ 기계 주기 ( Machine Cycle )

- 중앙처리장치는 하나의 명령어를 실행하기 위하여 인출, 해독, 실행의 세가지

과정을 거침

 ⓑ 마이크로 프로세서의 성능

① 여러 요인으로 결정

- 사이클 당 연산 수와 자료 버스의 폭, 레지스터의 수와 크기, 그리고 캐시 메모리의 크기

   등으로 결정

② 자료버스 폭

- 연산 장치와 레지스터 등과 같은 Cpu의 내부 구성 요소 간에 자료를 전달하는 통로의 비트 수

③ 클럭 속도

- 클럭 속도의 단위인 Hz는 1초당 진동의 반복 횟수를 재는 단위

- 프로세서는 하나의 명령어를 특정 수의 클럭 사이클에서 실행 할 수 있으므로 클럭 속도는

   연산 속도와 비례

④ 병렬 처리

- 하나의 컴퓨터에서 2개 이상의 Cpu를 이용하여 한 번에 여러 개의 명령어를 동시에 실행

   시키는 처리 방법

* 무어의 법칙

         - 인텔의 공동 설립자인 고든 무어가 1965년도에 한 연설에서 유래

                    = 마이크로 칩의 처리 능력은 18개월마다 두배로 증대된다

                    = 마이크로프로세서의 성능은 약 18개월에서 24개월마다 두 배로 증가

ⓒ 명령어에 따른 프로세서 분류

① Cisc

㉠ Complex Instruction Set Computing, 복합 명령어 집합 컴퓨팅 계열

- 명령어의 구조가 복잡하고 100 ~ 250개의 다양한 명령어를 제공

- 인텔의 80 x 86 계열과 모토로라의 680 x 0 계열의 프로세서

- 복잡한 연산을 하나의 명령어로 처리하려는 의도에서 시작

- Cisc의 명령어는 복잡한 연산을 수행하기 위해 다양한 길이를 가지며 메모리의 자료를

   직접 참조하는 연산도 많이 제공

㉡ 장단점

- 복잡한 프로그램을 적은 수의 명령어로 구성할 수 있는 장점

- 복잡한 명령어의 실행을 위한 복잡한 회로가 이용되므로 생산가가 비싸고 전력

    소모가 많아 열이 많이 발생하는 단점

② Risc

㉠ Reduced Instruction Set Computing, 축소 명령어 집합 컴퓨팅 계열

- 명령어의 수가 적고 그 구조도 단순

- 레지스터 내부에서 모든 연산이 수행되며 메모리의 참조는 제한적

- 상대적으로 레지스터가 많은 특징

- 명령어는 고정 길이이며 쉽게 해독이 되는 명령어 형식

- 1988년 중반 애플의 매킨토시에 장착된 모토로라의 PowerPC에서 처음 구현된 Risc

   프로세서는 이후 Sun, HP, NEC의 워크스테이션 컴퓨터

㉡ 장점

- 전체적으로 Risc 프로세서는 Cisc 프로세서보다 수행속도가 바름

- 하나의 프로그램을 수행하려면 Risc 프로세서는 Cisc 보다 많은 명령어를 실행해야

   하지만 하나의 명령어가 단순하여 그 처리 속도가 매우 빠름

ⓐ 프로그램 내장 방식 

① 저장 프로그램 방식

㉠ 폰 노이만이 고안

- Stored Program

- 메모리에 자료와 프로그램이 함께 저장

㉡ 중앙처리장치 ( CPU )

- 메모리에서 필요한 자료를 이용

- 저장된 명령어를 순차적으로 실행 

ⓑ 명령어 형식

① 명령어 ( Instruction )

- 연산 부분과 피연산 부분으로 구성

* 연산 부분은 명령어가 수행해야 할 기능을 의미하는 코드

* 피연산 부분은 연산에 참여하는 자료를 의미하는 코드

- 명령어가 16비트로 구성

* 4비트는 연산 종류

* 12비트는 피연산자의 메모리 주소

② 명령어 종류

ⓒ 저급언어

① 기계어

- 컴퓨터를 작동시키기 위해 0과 1로 나타낸 컴퓨터의 고유 명령 형식 언어

② 어셈블리어

- 컴퓨터 명령어인 기계어를 사람이 일상 생활에서 사용하는 자연 언어와 유사하게 만든 언어

- 명령어는 연산자와 피연산자를 몇 개의 문자 조합으로 기호화

* 기계어의 까만 부분 예를 들어 " 0111 " 이 ADD를 의미하고 나머지 뒤는 덧셈에 참여하는 피연산자를 나타냄

ⓓ 주기억장치의 구조

① 주기억장치

- 작업 내용인 프로그램 명령어와 프로그램에서 이용할 자료를 저장

② 주소

- 메모리의 저장소는 주소를 이용하여 각각 바이트 단위로 고유하게 식별

- 컴퓨터가 한 번에 작업할 수 있는 데이터의 단위를 워드

* 워드는 32비트 또는 64비트

③ 버스

- 관련 자료 전달경로

- 주소 버스, 자료 버스, 제어 버스

ⓔ 기억장치의 종류

① Ram

- Random Access Memory, 임의 접근 메모리

     * 소멸성 기억장치

     * 쓰기와 읽기의 두 회로가 있어서 정보의 쓰기와 읽기가 가능

- Dram과 Sram

     * Dram은 전원이 연결된 상태에서 일정한 주기마다 전기적으로 재충전 필요

          = 주기억장치로 주로 사용 ( Sdram)

     * Sram은 전원만 연결되어 있으면 정보가 지워지지않는 기억장치

          = 캐쉬 메모리에 주로 사용

② Rom

- 읽기 전용 메모리, Read Only Memory

     * 읽기만 가능한 메모리

- 비소멸성 메모리

- Rom도 메모리에 임의접근이 가능

③ 플래쉬 메모리

- Ram과 Rom의 장점을 가진 메모리

- 소비전력이 작은 비소멸성 메모리

     * 정보의 입출력도 자유로워 디지털TV, 디지털 캠코더, 휴대폰, 디지털 카메라, PDA, 게임기,

        Mp3 등에 널리 이용되는 기억장치

- 메모리 셀들의 한 부분이 섬광처럼 단 한번의 동작으로 지워 질 수 있다고 해서 플래쉬라 명명

④ 캐쉬 메모리

㉠ 캐쉬의 사용 이유

- Cpu에 비해 상대적으로 주변기기의 속도가 매우 느림

- 주기억장치와 Cpu의 속도의 차이를 해결

- 캐시 메모리는 메인 메모리보다 대개 약 10배쯤 더 빠름

     * 저장 속도가 빠르고 고가인 Sram을 이용

㉡ 캐쉬의 종류

- 수준 1캐쉬, 수준 2캐쉬

- 디스크 캐쉬

ⓐ 컴퓨터의 자료 표현 원리

① 두 가지 정보 표현

- 컴퓨터 내부에서 전기가 흐르거나 흐르지 않는 두 가지 전기 신호만을

   표현할 수 있는 트랜지스터를 이용하여 자료를 처리하고 저장

- 컴퓨터는 전기가 흐를 경우 '1', 흐르지 않을 경우 '0'으로 표현하는 2진수

   체계를 사용

② 비트 ( Bit )

- 컴퓨터의 정보 처리 단위 중에서 가장 작은 정보 단위

- Blnary digit

ⓑ 표현 단위와 저장 용량

① 바이트

- 비트가 연속적으로 8개 모인 정보 단위

- 2의 8승인 256가지 종류의 정보 저장 가능

② 니블과 워드

- 바이트의 ½ 크기인 4비트를 니블 ( Nibble )

- 바이트가 4개 모이면 워드 ( Word )

     * 시스템마다 크기가 다를 수 있음

③ 저장 용량

- Kb

- Mb

- Gb

- Tb

- Fb

ⓒ 진수 ( 기본적인 진수와 변환법은 게시판에 존재하므로 패스하도록 하겠습니다 ^-^ ! )

① 2진수의 음수 표현

㉠ 1의 보수

- 주어진 이진수의 비트를 각각 0은 1로, 1은 0으로 변환하는 방법

㉡ 2의 보수

- 음수를 표현하는 방식 중 가장 많이 사용되는 방식이 2의 보수를 이용한

   표기 방법

     * 비트의 모임에서 가장 왼쪽의 비트가 최상위 비트 ( Msb )

- 음수의 이진수 표기인 2의 보수를 구하는 방법

     * N비트에서 -a의 2의 보수 계산 방법 :: 2ⁿ - a

- 2의 보수를 구하는 다른 방법

     * 단계 1 :: 음수의 절대값인 양의 정수의 이진수를 n 비트에서 구한다.

     * 단계 2 :: 단계 1에서 얻은 이진수의 1의 보수를 n 비트에서 구한다.

     * 단계 3 :: 단계 2에서 얻은 이진수에 1을 더한 n 비트만을 취한다.

- 4비트에서 -4를 2의 보수로 표현

     * 단계 1 :: 음수의 절대값인 양의 정수의 이진수를 n 비트에서 구한다.

     * 단계 2 :: 단계 1에서 얻은 이진수의 1의 보수를 n 비트에서 구한다.

     * 단계 3 :: 단계 2에서 얻은 이진수에 1을 더한 n 비트만을 취한다.

㉢ 부호가 있는 정수 표현

- 2의 보수 이용

* 컴퓨터는 정수의 양수와 음수를 표현하는데 주로 2진수와 2의 보수를 이용

* 8비트의 메모리로는 2의 8승인 256가지 정보를 표현

㉣ 부호가 없는 정수와 오버플로

- Signed

     * 양수와 음수를 모두 다루는 정수

- Unsigned

     * 양수만을 다루는 정수

② 오버플로

- n개의 비트로는 표현의 한계가 잇으므로 n비트의 메모리에 표현 범위를 초과하는

   수의 값을 저장하는 경우 오버플로 ( OverFlow ) 발생

③ 부동소수

㉠ 정규화

- 실수의 표현을 표준화하는 방법인 정규화는 실수의 소수점을 이동하여 소수점 왼쪽에

   단 하나의 자릿수가 오도록 하는 방법

- 정규화된 실수 표현을 부동소수

- 부동 소수는 수의 소수점의 위치를 움직일 수 있게 한다는 의미

ex ) 19 . 15923 = 1 . 915923 x 10²

    (정규화 전) (가수)  (지수)

                        ( 정규화 후)

ex ) 9876 . 5432 = 9 . 8765432 x 10³

      ( 정규화 전)   ( 정규화 후)

㉡ 지수와 가수

- 부동소수는 소수 부분과 지수 부분으로 구분할 수 있는데 이를 각각 가수와 지수

- 가수는 수의 정밀도를, 지수는 수의 크기를 표현

- 저장방법은 부동소수의 표현을 부호부, 지수부, 가수부로 나누어 이진 표현으로 저장

ⓒ 문자와 논리

① 문자와 코드표

- 영문자는 7개의 비트의 조합으로 표현

② 아스키코드

- Ascll

     * American Standard Code for Information Interchange

- 미국 표준협회에서 국제적인 표준으로 정한 문자 코드 체계

     * 7비트를 사용하여 128개의 문자, 숫자, 특수문자 코드를 규정

- 아스키코드가 7비트를 이용하지만 실제로 한 문자는 8비트인 1바이트에 저장

     * 한 문자에 시작은 0으로, 나머지는 코드값으로 구성

③ Ebcdic

- 엡시딕

     * Extended Binary Coded Decimal Interchange Code

     * 8비트를 사용하여 문자를 표현하는 코드 표준으로 IBM에서 제정한 코드

④ 유니코드

- 유니코드는 전세계 모든 언어를 하나의 코드 체계 안으로 통합하기 위하여

   만들어진 코드

     * 전 세계의 문자를 모두 표현하기 위한 2바이트인 16비트로 확장된 코드 체계

* 논리

     = 참과 거짓을 의미하는 두가지 정보가 논리 값

     = 하나의 비트 정보도 0과 1이므로 이를 각각 거짓과 참으로 표현

ⓓ 정수 연산

① 정수의 덧셈

- 정수의 연산에서 주의할 것은 정해진 비트를 넘어서는 올림은 무시

② 정수의 뺄셈

- 정수의 뺄셈에서는 2의 보수를 이용한 음수의 표현 방법을 이용

- a - b 의 연산은 a + ( - b ) 로 변환하여 덧셈을 수행

- 4 - 4 = 4 + ( - 4 )