[독학사][컴퓨터 시스템 구조] 01 컴퓨터 시스템 개요

01장 컴퓨터 시스템 개요        

* 컴퓨터의 특징

1.     잘 정의된 형식으로 구성된 명령어에 응답한다

2.     사전에 기록된 명령어 목록을 실행한다

3.     대용량 데이터를 신속하게 검색하고 저장한다

* 임베디드 : 프로그램 된 하드웨어가 시스템 내에 들어가서 특정한 기능을 수행하는 것

 

1절  컴퓨터의 역사 및 발전 과정

1.     컴퓨터의 정의

n  산술 및 논리 연산을 수행하는 전자 장치

1)    데이터 : 수집 된 사실

2)    프로세싱 : 의미 있는 결과물을 뽑아내기 위해 사용자 또는 관련 데이터가 제공하는 명령

3)    정보 : 어떤 처리 작업의 마지막 형태 or 최종점. 출력 데이터가 의미가 있는 것

데이터의 입력을 통해 의미 있는 결과물을 출력한 것

4)    정보와 지식의 관계 : 교육, 학습, 숙련 등을 통해 사람이 재활용할 수 있는 정보와 기술

 

2.     컴퓨터의 역사 및 세대별 발전 과정

1)    컴퓨터의 역사

(1)   근대 컴퓨터 이전의 역사

(2)   근대 컴퓨터 이후의 역사

①    마크원(MARK-1) “세계 최초의 기계식 컴퓨터” (1924 하워드 에어컨)

-      천공된 종이 테이프를 이용한 자동 순서 제어 계산기 사용

②    에니악(ENIAC) "전자식 컴퓨터” (1943-1946 존 모클리 존에커트)

-      내부 구조 10진수 채용 / 외부 프로그램 방식

-      기억 용량 적음

-      최초의 전자식 컴퓨터라고 알려져 있지만 아님

③    콜로서스 “최초의 컴퓨터로 인정” (1943-1945)    

④    에드삭(EDSAC) “최초의 프로그램 내장 컴퓨터” (1949 모리스 윌크스)

-      10진수 사용 / 프로그램 내장

⑤    에드박(EDVAC) “최초의 이진수 사용 프로그램 내장형 컴퓨터” (1949)

-      2진수 사용 / 프로그램 내장

⑥    유니박-1(UNIVAC-1) “최초의 상업용 컴퓨터”

 

2)    컴퓨터의 세대별 발전과정

u  구성하는 구성 소자들과 함께 발전

 

(1)   1세대 (1940 ~ 1956)

o  진공관 / 메모리용 마그네틱 드럼 사용

o  프로그램 내장 방식 적용 -> 기계어로 작업 수행

o  입력 : 천공된 종이 카드/ 종이 테이프 -> 결과물 : 인쇄물

o  장점 : 빠른 컴퓨팅 기계 등장, 효율적 방법으로 복잡한 수학문제 풀 수 있게 됨

o  단점 : 특별한 목적으로 설계됨, 컴퓨터 무게∙크기가 엄청나 이동성 없음

 

(2)   2세대 (1957 ~ 1963)

o  트랜지스터 컴퓨터에 채택-> 진공관보다 작고 빠르고 에너지효율 높음

o  장점 : 어셈블리 언어 사용 -> 프로그램하기 쉬움, 전기 소모량 적음

o  단점 : 에어컨디션 환경 필요, 특별 용도로 한정된 컴퓨터들이 대부분

 

(3)   3세대 (1964 ~ 1975)

o  집적회로 : 트랜지스터를 반도체라 불리는 실리콘 칩에 소형화하여 배치 -> 컴퓨터 속도와 효율 대폭 향상

o  키보드 & 모니터 통해 컴퓨터와 상호작용

o  운영체제와 인터페이스하여 메모리를 모니터링 하는 중앙 프로그램으로 한 번에 여러 응용 프로그램 실행 가능

o  장점 : 다양한 고급 프로그램 언어들이 사용됨, 유지보수 시간 단축

 컴퓨터 크기와 무게 경량화, 소형화 시작

o  단점 : 저장 공간 능력 협소, 큰 프로그램 실행 시 처리 속도 감소

 

(4)   4세대 (1975 ~ 1989)

o  Intel 4004칩! -> 모든 컴퓨터 구성요소에 단일 칩 배치

o  소형 컴퓨터의 증가로 네트워크 시작! -> 인터넷!!

o  장점 : LSI와 VLSI 기술 사용으로 처리속도/엑세스 타임 향상, 스토리지 용량 증가

o  단점 : LSI와 VLSI 집의 와이어링 기술이 어려움, 처리속도 프로그래밍 명령어에 따라 좌우됨

 

(5)   5세대 (1990 ~ 현재)

o  병렬 처리와 초전도체 사용한 인공지능 갖춘 컴퓨터 시스템 출현

o  기술 결합, 융합으로 기술 재탄생

o  자연어를 처리하고 대응할 수 있는 시스템 만들고 스스로 학습하고 구성하는 능력 갖춘 컴퓨터를 만드는 것이 5세대 컴퓨터의 본질

 

2절  컴퓨터의 기본 구조

l  하드웨어 : 전자회로 + 기계장치

입∙출력장치, 중앙처리장치, 기억장치 + 데이터 버스

l  소프트웨어 : 하드웨어 제어하여 작업 수행하는 프로그램

1.     하드웨어의 구성요소

1)    입력장치(Input Device)

u  데이터 및 제어신호를 컴퓨터 또는 전자장치와 같은 정보처리시스템에 제공하기 위해 사용되는 전기∙전자적인 하드웨어 장치

u  키보드 마우스 스캐너 디카 등등

 

2)    중앙처리장치(CPU)

u  산술, 논리, 제어, 입∙출력 작업 수행

u  프로그램 명령어를 수행하는 컴퓨터 내의 전자회로

u  단일 집적 회로(IC) 침에 들어있는 마이크로프로세서가 대부분.  -> 마이크로컨트롤러 SoC

멀티코어프로세스 : 코어라고 불리는 두 개 이상의 CPU가 포함된 단일 칩

u  컴퓨터 전체의 동작을 제어

u  프로세서 레지스터(명령어 저장), 산술논리연산장치(ALU 비교판단연산), 제어부, 내부 버스

 

3)    기억장치(Memory Device)

u  명령어와 데이터를 저장하는 공간

u  주기억장치(CPU 현재 처리 중인 데이터 or 명령어 저장) / 보조기억장치(주기억장치 용량 확장)

u  RAM, ROM, FLASH 등의 칩 사용

 

4)    출력장치(Output Device)

u  CPU에서 처리되어 전자적으로 생성된 정보를 사용자가 읽을 수 있는 형태로 변환하는 장비

 

2.     소프트웨어의 분류

1)    시스템 소프트웨어

u  컴퓨터를 효과적으로 운영할 수 있도록 컴퓨터 하드웨어 및 응용프로그램 동작을 지시, 제어 및 실행하도록 설계된 컴퓨터 프로그램의 유형

u  하드웨어와 사용자 응용 프로그램 간의 인터페이스

u  운영체제(OS), 장치 드라이버, 펌웨어, 프로그램 언어 번역기, 유틸리티

(1)   운영체제(OS)

o  컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 리소스를 관리, 공통 서비스 제공

 

(2)   장치 드라이버

o  컴퓨터 장치 및 주변 장치를 작동시키는 시스템 소프트웨어

o  마우스, 키보드, 사운드 카드, 디스플레이 카드, 네트워크 카드, 프린터 등

 

(3)   펌웨어(Firmware)

o  특정 하드웨어 장치에 포함된 소프트웨어. 플래시, ROM, EPROM 메모리칩에 내장된 웅영 소프트웨어 -> 하드웨어의 모든 활동을 직접 관리하고 제어함

o  플래시 메모리에 저장되어 반도체 칩 바꾸지 않아도 업그레이드 가능

o  BIOS DMB USB

 

(4)   프로그램 언어 번역기

o  상위 레벨 언어 소스 코드를 기계어 코드로 변환하는 프로그램

o  컴파일러, 어셈블러, 인터프리터 등

 

(5)   유틸리티 프로그램(Utilities)

o  시스템과 응용 프로그램 사이에서 위치하는 시스템 소프트웨어

o  시스템의 진단, 구성 및 최적화 / 유지∙관리 하도록 설계

o  컴퓨터 하드웨어, 운영체제, 응용 소프트웨어 관리하는데 필요

o  대체로 OS 번들로 제공

o  윈도우디펜서, 스마트스크린, 클리너, 응급 복구 디스크

 

2)    응용 소프트웨어

u  사무용 소프트웨어 / 멀티미디어 소프트웨어 / 통신용 소프트웨어

u  오피스 제품, 컴퓨터 통신용 웹 브라우저, 멀티미디어 재생기, 그래픽 프로그램, 분석소프트웨어, 협업소프트웨어, 데이터베이스 등

 

3.     프로그래밍 언어의 종류

n  프로그래밍 언어 : 특정 알고리즘이나 계산의 결과값을 출력하기 위해 사용하는 표기법

n  나는 프로그래밍 언어론도 선택했어……

n  초급 / 중급 / 고급 언어로 구분

 

3절  폰 노이만 구조

l  프린스턴 구조!

l  현대 전자 디지털 컴퓨터의 모델

l  특징 3가지

1)    컴퓨터는 4가지 하부 시스템으로 구성

기억장치 산술연산장치

제어장치 입∙출력장치

2)    실행하는 동안 프로그램은 기억장치에 저장됨

3)    프로그램 명령어는 순차적으로 처리

 

4절  컴퓨터의 분류

1.     크기와 용량에 의한 분류

 

2.     사용목적에 의한 분류

 

3.     데이터 처리방식에 의한 분류

 

 

4.     처리방식에 의한 분류

 

 

5절  클라우드 컴퓨팅

l  구성 가능한 컴퓨터 시스템 리소스와 상위 수준 서비스를 누구든지 공유하여 사용할 수 있는 시스템

l  인터넷에 연결된 다른 컴퓨터로 처리하는 기술

l  클라우드 컴퓨팅의 모델

n  사용자의 관점에서 SaaS, IaaS, PaaS 3가지 모델 있음

n  필요한 자원을 하나의 거대한 스토리지 장치에 올려 두고 언제 어디서나 인터넷을 통해 필요한 자원을 올리거나 다운로드 받을 수 있는 공간(승인 필요)

1)    IaaS(Infrastructure as a Service)

u  데이터센터를 구축하는 대신 인터넷을 통해 서버와 스토리지 등 타사의 데이터 센터의 자원을 빌려서 사용할 수 있는 서비스

u  빌려온 인프라에 사용자는 운영체제를 설치하고, 애플리케이션 등을 설치한 다음 원하는 서비스 운영

u  넷플릭스.. 같은거 -> 자체 데이터센터 구축한 다음 서비스 운영하는 데신 AWS의 IaaS 서비스 이용하는 방식 채택

 

2)    PaaS(Platform as a Service)

u  소프트웨어 서비스 개발할 때 필요한 플랫폼 제공하는 서비스

u  필요한 서비스를 선택해 애플리케이션 개발-> 개발자가 소프트웨어 개발할 때 필요한 API제공

u  고객은 데이터와 응용 프로그램에 대해서만 관리하면 됨

u  세일즈 포스 닷컴 같은 거

 

3)    SaaS(Software as a Service)

u  클라우드 환경에서 운영되는 애플리케이션 서비스

u  모든 서비스가 클라우드에서 이루어지고 웹에서 소프트웨어 빌려 쓸 수 있음

u  구글 앱스, 세일즈 포스 닷컴, MS오피스 365, 드롭박스 등

 

6절  4차 산업혁명의 핵심 기술

1.     사물 인터넷(IoT : Internet of Things)

n  사물 인터넷은 각종 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술

n  인터넷으로 연결된 사물들이 데이터를 주고받아 스스로 분석하고 학습한 정보를 사용자에게 제공하거나 사용자가 이를 원격 조정할 수 있음

n  가전제품, 모바일 장비, 웨어러블 디바이스 등 다양한 임베디드 시스템

n  자신을 구별할 유일한 IP를 가지고 인터넷으로 연결되어야 함

n  사물인터넷의 발달 & 보안 발달 함께 성장해야 함

 

2.     인공지능

n  기계에 의해 증명된 지능

n  환경을 인식하고 목표를 성공적으로 달성할 기회를 최대화 하는 시스템

n  인간의 학습 능력과 추론 능력, 지각능력, 자연언어의 이해능력 등을 컴퓨터 프로그램으로 실현

n  구글 딥마인드 개발 알파고 같은 거

 

3.     나노기술

n  10억분의 1미터인 나노미터 단위에 근접한 원자, 분자 및 초분자 정도의 작은 크기 단위에서 물질 합성하고, 조립, 제어하고 그 성질을 측정, 규명하는 기술

n  나노 기술 적용으로 성능 개선, 극소형화, 저전력화, 가격 저렴화 등 유리한 기술임

 

4.     자율주행 자동차

n  운전자의 조작 없이 자동차 스스로 주행환경을 인식하여 목표지점까지 운행할 수 있는 자동차

n  무인 자동차

n  생명안전, 공해 저감 경제 개선 견인할 잠재력 있는 기술

 

5.     3D 프린터

n  물질이 함께 첨가되어(액체 분자 또는 분말 입자가 융합되는 등) 3차원 물체를 만들기 위해 컴퓨터 제어 하에 재료가 결합하거나 응고되어 원하는 물건을 만들어내는 프린터

n  3D모델의 디지털 모델 데이터 또는 AMF 파일 같은 다른 전자 데이터 소스를 사용하여 생성

 

6.     빅데이터

n  스마트폰의 혁신, SNS 사용으로 데이터 양이 기하급수적으로 증가

n  데이터를 수집, 가공, 분석하여 고객의 행동 패턴을 파악하고 그에 따른 전략을 수립하기 위한 도구