[컴퓨터 구조] 컴퓨터 시스템의 주요 구성 요소

1. 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit)

CPU는 컴퓨터 시스템의 핵심으로, 모든 명령을 해석하고 실행하는 역할을 담당하는 장치이다. 데이터를 처리하고 계산하며, 다른 시스템 구성 요소들과 협력하여 작업을 수행한다. 제어장치, 연산장치(ALU), 레지스터 등으로 구성되어 있다.

1) 제어장치(Control Unit)

제어장치는 프로그램의 명령을 해석하고, 해당 명령에 따라 다른 하드웨어나 소프트웨어가 어떻게 동작해야 하는지 지시하는 역할을 한다. 이를 통해 명령을 순차적으로 실행하며, 시스템 전체의 흐름을 제어한다.

• 명령어 사이클(Fetch-Decode-Execute): CPU는 기억장치에서 명령어를 읽어오고(fetch), 이를 해석(decode)한 뒤, 그에 맞는 연산을 실행(execute)하는 방식으로 작동된다.

2) 연산장치(ALU: Arithmetic Logic Unit)

연산장치(ALU)는 산술 연산(덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등)과 논리 연산(AND, OR, NOT 등의 연산)을 수행하는 장치이다. CPU 내부에서 모든 연산 작업을 처리하는 중요한 부분이다.

• 플래그 레지스터는 연산 결과를 바탕으로, 조건부 분기 명령 등을 위한 상태 플래그(Zero, Carry, Overflow 등)를 설정하는 역할을 한다.

3) 레지스터(Register)

레지스터는 CPU 내부에 있는 매우 빠른 기억장치로, 즉각적인 연산에 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 역할을 한다. 속도가 매우 빠르며, CPU가 연산을 수행할 때 데이터를 직접적으로 처리하는 데 사용된다.

• 종류:
  • 범용 레지스터: 데이터를 임시로 저장하는 역할을 하며, 연산 중간 결과를 저장한다.
  • 프로그램 카운터(PC): 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장한다.
  • 명령어 레지스터(IR): 현재 실행 중인 명령어를 저장한다.
  • 누산기(Accumulator): 산술 및 논리 연산 결과를 저장하는 특수 레지스터이다.

---

2. 기억장치(Memory)

기억장치는 데이터를 저장하고, CPU가 이를 처리할 수 있도록 빠르게 접근할 수 있게 해주는 역할을 한다. 기억장치는 주기억장치와 보조기억장치로 나눌 수 있다.

1) 주기억장치(RAM: Random Access Memory)

RAM은 컴퓨터의 주기억장치로, 현재 실행 중인 프로그램과 데이터를 저장하는 역할을 한다. RAM은 휘발성 메모리로, 전원이 꺼지면 데이터가 사라진다.

• 역할: 프로그램이 실행될 때, 필요한 데이터와 명령어가 RAM에 적재되어 CPU가 빠르게 접근할 수 있게 된다.
• DRAM(Dynamic RAM): 대부분의 컴퓨터에서 사용하는 RAM으로, 주기적으로 데이터를 새로 고쳐야 유지된다.
• SRAM(Static RAM): 데이터를 지속적으로 유지하는 비휘발성 메모리로, 주로 캐시 메모리로 사용된다.

2) 보조기억장치(HDD, SSD)

보조기억장치는 데이터를 영구적으로 저장하는 장치이다. 보조기억장치에는 하드 디스크(HDD), SSD(Solid State Drive) 등이 포함된다.

• HDD는 자기 디스크를 회전시켜 데이터를 읽고 쓰는 방식으로, 대용량 데이터를 저장할 수 있는 장치이다.
• SSD는 플래시 메모리를 사용하여 데이터를 저장하며, HDD보다 빠르고 내구성이 뛰어난 저장장치이다.

---

3. 입력장치(Input Devices)

입력장치는 사용자가 데이터를 입력하는 도구로, 사용자로부터 명령어와 데이터를 컴퓨터로 전달하는 역할을 한다.

• 키보드는 텍스트나 명령어를 입력하는 장치이다.
• 마우스는 화면 상의 커서를 제어하고 그래픽 데이터를 입력하는 장치이다.
• 스캐너는 이미지를 디지털 데이터로 변환하여 컴퓨터로 입력하는 장치이다.
• 마이크는 음성을 입력하여 오디오 데이터를 처리할 수 있게 해주는 장치이다.

---

4. 출력장치(Output Devices)

출력장치는 컴퓨터가 처리한 결과를 사용자에게 전달하는 역할을 한다. 처리된 데이터를 시각적 또는 물리적 형태로 나타낸다.

• 모니터는 화면에 텍스트, 이미지, 동영상을 출력하는 장치이다.
• 프린터는 데이터를 종이로 출력하는 장치이다.
• 스피커는 소리 데이터를 출력하는 장치이다.

---

5. 버스(Bus)

버스는 컴퓨터의 각 구성 요소 간에 데이터를 전송하는 통로 역할을 하는데, 이를 통해 다양한 장치들이 데이터를 주고받을 수 있다.

• 데이터 버스는 데이터가 이동하는 경로로, CPU와 메모리 간의 데이터를 전송하는 역할을 한다.
• 주소 버스는 CPU가 메모리의 특정 위치에 데이터를 읽고 쓰기 위해 사용하는 경로이다.
• 제어 버스는 제어 신호를 전달하여 각 장치가 어떻게 동작할지 지시하는 역할을 한다.

---

6. 입출력 장치(I/O Devices)

입출력 장치는 데이터를 입력하고 출력하는 역할을 모두 수행한다. 다양한 주변 기기와의 상호작용을 돕는 장치들이다.

• 네트워크 카드는 컴퓨터가 네트워크에 연결되어 데이터를 송수신할 수 있게 해주는 장치이다.
• USB 장치는 데이터를 입력하고 출력할 수 있는 다목적 장치이다.

---

7. 저장장치(Storage Devices)

저장장치는 데이터를 영구적으로 저장하는 역할을 한다. 주기억장치보다 저장 용량이 크고, 전원이 꺼져도 데이터를 보존할 수 있다.

• 하드 디스크(HDD)는 자기 디스크를 사용하여 데이터를 저장하는 장치로, 대용량 데이터를 저렴하게 저장할 수 있다.
• SSD(Solid State Drive)는 플래시 메모리를 사용하여 빠르게 데이터를 저장하는 장치이다.
• 광학 드라이브는 CD나 DVD 같은 광 디스크에 데이터를 저장하고 읽는 장치이다.

---

8. 소프트웨어(Software)

소프트웨어는 하드웨어가 효율적으로 작동할 수 있도록 명령을 내리는 프로그램이다. 소프트웨어는 운영체제와 응용 소프트웨어로 구분된다.

• 운영체제(OS)는 하드웨어와 소프트웨어를 관리하며, 자원 할당과 작업 스케줄링을 수행하는 역할을 한다. 예로는 Windows, macOS, Linux 등이 있다.
• 응용 소프트웨어는 사용자가 특정 작업을 수행할 수 있도록 도와주는 프로그램이다. 워드 프로세서, 웹 브라우저 등이 이에 해당된다.

---

9. 네트워크(Network)

네트워크는 여러 컴퓨터가 상호 연결되어 데이터를 주고받을 수 있게 해주는 구조이다. 이를 통해 여러 컴퓨터가 데이터를 공유하고 자원을 사용할 수 있다.

• LAN(Local Area Network)는 학교나 회사 내의 근거리 컴퓨터를 연결하는 네트워크이다.
• WAN(Wide Area Network)는 지리적으로 멀리 떨어진 컴퓨터를 연결하는 광역 네트워크로, 인터넷이 이에 해당된다.

---

10. 전원 공급 장치(Power Supply Unit)

전원 공급 장치는 컴퓨터 구성 요소에 필요한 전력을 공급하는 장치이다. 각 장치가 필요로 하는 전압과 전류를 제공하여 컴퓨터가 정상적으로 작동할 수 있도록 한다.

• PSU(Power Supply Unit)는 전기 에너지를 컴퓨터가 사용할 수 있는 형태로 변환하여 공급하는 역할을 한다.