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제 4 장 컴퓨터 하드 웨 어

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제 4 장 컴퓨터 하드 웨 어 - PowerPoint PPT Presentation


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제 4 장 컴퓨터 하드 웨 어. 하드웨어 ( 물리적인 기기장치의 유기적인 모임 ). 컴퓨터 시스템. 소프트웨어 ( 명령 정보의 유기적인 모임 ). 컴퓨터 시스템의 개요 컴퓨터 시스템의 구성. 컴퓨터 시스템의 개념 시스템이란 ? “ 기능적 단위로 이루어진 여러 개의 독립된 구성인자 또는 개체가 전체적인 목표를 달성하기 위하여 유기적으로 연결되어 상호작용하는 통합체” 시스템의 기본 개념 전체적 개념 목표 유기적 구조 기능성 개방적 시스템 (open system)

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1
제 4장 컴퓨터 하드웨어

하드웨어(물리적인 기기장치의 유기적인 모임)

컴퓨터 시스템

소프트웨어(명령 정보의 유기적인 모임)

  • 컴퓨터 시스템의 개요
    • 컴퓨터 시스템의 구성

컴퓨터 하드웨어

slide2
컴퓨터 시스템의 개념
    • 시스템이란?
      • “기능적 단위로 이루어진 여러 개의 독립된 구성인자 또는 개체가 전체적인 목표를 달성하기 위하여 유기적으로 연결되어 상호작용하는 통합체”
    • 시스템의 기본 개념
      • 전체적 개념
      • 목표
      • 유기적 구조
      • 기능성
      • 개방적 시스템(open system)
      • 패쇄적 시스템(closed system)
      • 경계(boundary)
      • 피드백(feedback)
      • 하위 시스템(subsystem)

컴퓨터 하드웨어

slide3

처리 순서에 따라서 하드웨어의

각 기구를 움직이게 하기 위한

명령을 한다.

입출력 정보(데이터)와 처리

순서(프로그램)을 기억한다.

제어

보조기억

입력

기억

(주기억)

출력

처리결과(출력정보)를 꺼낸다.

처리해야 할 정보(데이터)와

처리 순서(프로그램)을 읽는다.

연산

4칙 연산, 비교, 판단 등을 한다.

  • 컴퓨터 시스템의 기본 요소
    • 컴퓨터 하드웨어의 구성
      • 입력 장치 : 자료를 읽는다.
      • 기억 장치 : 자료를 기억한다.
      • 제어 장치 : 자료의 처리 순서를 지시한다.
      • 연산 장치 : 자료 처리를 수행한다.
      • 출력 장치 : 처리된 결과를 출력한다.

컴퓨터 하드웨어

slide4

사용자(인간)

소프트웨어

하드웨어

  • 컴퓨터 시스템의 기본 요소
    • 컴퓨터 시스템의 연관성
      • 하드웨어는 시스템을 구성하는 기계장치 요소로서 프로세서(processor), 기억장치, 입출력 장치간의 인터페이스로 구성
      • 소프트웨어는 시스템에 관련되는 프로그램과 그 처리절차에 관한 명령들로 구성되어 있으며 컴파일러, 어셈블러, 로더, 연계 편집기, 데이터베이스 관리 프로그램, 운영체제, 응용프로그램 등이 있음

컴퓨터 하드웨어

slide5

하드웨어

컴퓨터 시스템

기억장치

주기억

장치

보조

기억

장치

입출력장치

입력

장치

산술논리

연산장치

중앙처리장치

출력

장치

제어장치

사용자(응용)

프로그램

감시 프로그램

데이터 관리

프로그램

언어

번역

프로그램

서비스

프로그램

처리프로그램

작업

제어

프로그램

제어프로그램

운영체제

소프트웨어

  • 컴퓨터 시스템의 기본 요소
    • 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어의 구성

컴퓨터 하드웨어

slide6

천공카드

천공카드

제어장치

콘솔

콘솔

인쇄문자

인쇄도형

인쇄문자

인쇄도형

입력장치

기억장치

출력장치

천공종이

테이프

천공종이

테이프

자기

테이프

자기

테이프

연산장치

자기디스크

자기드럼

데이터 셀

자기디스크

자기드럼

데이터 셀

보조기억장치

: 데이터의 흐름

자기디스켓

자기디스켓

: 제어의 흐름

  • 하드웨어의 구성
    • 기본적인 컴퓨터의 구성

컴퓨터 하드웨어

slide7
하드웨어의 구성
    • 컴퓨터가 동작하는 순서
      • 입력 장치는 데이터나 프로그램을 컴퓨터가 처리할 수 있는 형태로 입력한다.
      • 입력장치로부터 읽은 데이터는 기억 장치 내의 일련의 장소에 기억된다.
      • 기억 장치 내의 명령어를 제어장치가 하나씩 호출되어 해석된다.
      • 해석된 명령에 따라 연산장치가 필요한 계산을 실행하게 되고, 그 결과를 다시 기억장치의 지정된 장소에 저장된다.
      • 위의 3, 4의 과정이 기억장치의 연산장치 사이에서 반복되면서 최종 결과가 출력장치를 통하여 인간이 알 수 있는 자료의 형태로 출력된다.
      • 정보의 기본 단위

컴퓨터 하드웨어

slide8

MAR

주기억장치

MBR

입출력 채널

PC

프로그램 계수기

상태레지스터(SR)

+1

명령코드부

오퍼랜드부

작업레지스터(WR)

명령어해독기

(decoder)

범용레지스터(GPR)

…….

제어장치

클럭

…….

중앙처리장치(CPU)

Cn

Cn-1

C0

  • 중앙처리장치
    • 중앙처리장치의 구성

컴퓨터 하드웨어

slide9
중앙처리장치
    • 중앙처리장치의 범위

컴퓨터 하드웨어

slide10
중앙처리장치
    • 주요 기능
      • 프로그램의 알고리즘이 요구하는 모든 기본연산을 수행하여 결과 산출
      • 이들 기본연산은 가감승제와 의사결정을 위한 데이터의 비교 등을 포함
      • 프로그램의 실행이 시작되어 완료될 때까지의 모든 절차를 통제, 관찰
      • 컴퓨터 시스템의 다른 구성요소들이 조화를 이루어 작동하도록 제어, 조정하는 역할 담당
    • 연산 장치 구성
      • 누산기(Accumulator)
      • 데이터 레지스터(Data Register)
      • 가산기(Adder)
      • 상태 레지스터(State Register)

컴퓨터 하드웨어

slide11
중앙처리장치
    • CPU의 클럭 주파수
      • 인텔 계열의 팬티엄 CPU

컴퓨터 하드웨어

slide12

제어장치

명령/데이터 경로

제어메모리

캐시

주기억장치

  • 중앙처리장치
    • 처리 방식에 의한 분류
      • CISC(Complex Instruction Set Computer)
        • CISC는 단일 캐시 내에 명령어와 데이터를 함께 가지는 구조를 사용하고 동일한 경로를 통해서 데이터와 명령어를 가져온다. 전통적으로 CISC는 프로그램 제어 장치를 사용하며, 명령어를 저장하기 위해 제어 메모리로 ROM을 사용한다.

[

컴퓨터 하드웨어

slide13

하드와이어

제어장치

명령/데이터 경로

명령 캐시

데이터 캐시

주기억장치

(명령)

주기억장치

(데이터)

  • 중앙처리장치
    • 처리 방식에 의한 분류
      • RISC(Reduced Instruction Set Computer)
        • RISC의 하드와이어 제어 장치는 명령 캐시와 데이터 캐시가 분리되어 있어 서로 다른 접근 경로를 가진다. 빠른 동작을 위해 RISC는 하드와이어 제어 장치를 사용한다.

[

컴퓨터 하드웨어

slide14
중앙처리장치
    • 처리 방식에 의한 분류
      • CISC 구조와 RISC 구조의 비교

[

컴퓨터 하드웨어

slide15

제어장치

데이터 흐름

제어 명령 흐름

주기억장치

(레지스터 집합)

연산장치

(ALU)

  • 중앙처리장치
    • 중앙 처리 장치의 구성
        • CPU의 구성 요소
          • 레지스터 집합인 주기억 장치는 명령어를 실행하는데 필요한 데이터를 보관하며, 연산 장치는 명령어를 실행하기 위한 마이크로 연산을 실행하고, 제어 장치는 레지스터 사이에 정보 전송이나 연산 장치에서 수행 할 동작 지시
          • 따라서 주기억장치에 저장된 명령어를 인출하고 해석하는 일이 CPU의 주요 기능

[

컴퓨터 하드웨어

slide16

MAR

주기억장치

1

2

5

MBR

입출력 채널

PC

프로그램 계수기

상태레지스터(SR)

9

+1

3

7

명령코드부

오퍼랜드부

작업레지스터(WR)

명령어해독기

(decoder)

6

8

4

범용레지스터(GPR)

…….

제어장치

클럭

…….

중앙처리장치(CPU)

Cn

Cn-1

C0

  • 중앙처리장치
    • 중앙 처리 장치의 구성(동작)

[

컴퓨터 하드웨어

slide17
중앙처리장치
    • 제어장치가 이러한 작업을 자동적으로 실행하기 위해 필요로 하는 장치
      • 명령 계수기 또는 프로그램 계수기(PC; Instruction Counter, Program Counter)
      • 명령 레지스터(IR; Instruction Register)
      • 부호기(Encoder)
      • 명령 해독기(Instruction Decoder)
      • 번지 해독기(Address Decoder)

[

컴퓨터 하드웨어

slide18

중앙처리장치

제어장치

2

5

8

10

1

11

12

입력장치

3

주기억장치

출력장치

4

7

6

9

연산장치

보조기억장치

: 데이터의 흐름

: 제어의 흐름

  • 중앙처리장치
    • 제어장치와 연산 순서

[

컴퓨터 하드웨어

slide19
중앙처리장치
    • 제어장치와 연산 순서
      • ① 제어장치가 입력장치에 "데이터를 입력하라"는 명령(지시)을 준다.
      • ② 제어장치는 주기억장치에 대하여 "데이터를 기억하라"는 명령을 낸다.
      • ③ 입력장치는 데이터를 읽고 그것을 주기억장치로 보낸다. 주기억장치는 데이터를 기억한다.
      • ④ 제어장치는 연산장치(산술논리 연산장치:ALU)에 대해 "연산하라"는 명령(연산의 종류)을 준다.
      • ⑤ 제어장치는 주기억장치에 대하여 "데이터를 연산장치에 전달하라"고 명령(지시)한다.
      • ⑥ 주기억장치로부터 연산장치에 데이터가 보내진다. 연산장치에서 계산이 된다.

[

컴퓨터 하드웨어

slide20
중앙처리장치
    • 제어장치와 연산 순서
      • ⑦ 제어장치는 연산장치에게 계산결과를 주기억장치로 보내라고 명령한다.
      • ⑧ 제어장치는 주기억장치에 대하여 "결과를 기억하라"고 명령을 준다.
      • ⑨ 연산장치로부터 주기억장치에 결과가 보내져서 주기억장치에 기억된다.
      • ⑩ 제어장치로부터 주기억장치에 "결과를 출력장치로 보내라'고 명령한다.
      • ⑪ 제어장치는 출력장치에 대하여 "결과의 데이터를 출력하라"고 명령하면, 출력장치에서 결과가 출력된다.
      • ⑫ 주기억장치로부터 출력장치에 결과의 데이터가 보내진다. 그래서 출력장치를 통하여 결과가 출력된다.

[

컴퓨터 하드웨어

slide21

Instruction

or

I-time

Instruction

or

E-time

  • 중앙처리장치
    • 제어장치의 기능
      • 주기억장치에 데이터를 기억 또는 제거한다.
      • 산술논리연산의 실행을 지시한다.
      • 주기억장치와 산술논리연산기구(ALU) 사이에 통로를 결정한다.
      • 입출력 장치를 제어한다.
        • 명령어 사이클

컴퓨터 하드웨어

slide22

주기억장치

ADD 0011(완전한 명령)

기억 레지스터

(연산부분) ADD

명령 레지스터

0011(오퍼랜드부분)

번지 레지스터

연산 해독기

명령 계수기

  • 중앙처리장치
    • 명령 사이클의 흐름
      • 명령어는 주기억장치에서 불리어져서 CPU로 옮겨진다.
      • 명령어 연산 부는 명령 레지스터에서 코드화되어 컴퓨터에게 어떠한 조작을 할 것인 가를 지시한다.
      • 명령어의 오퍼랜드 부는 번지 레지스터에 위치하여 컴퓨터에게 조작에 사용될 요소를 알려 준다.
      • 현재 수행된 다음 명령어의 위치(location)가 결정된다.

컴퓨터 하드웨어

slide23

(0011번지의 수가 읽혀진다.)

주기억장치

4323042111(0011번지의 수)

기억 레지스터

번지 레지스터

가산기

누산기

명령 계수기

  • 중앙처리장치
    • 실행 사이클의 흐름

컴퓨터 하드웨어

slide24
중앙처리장치
    • 산술/논리 연산 장치
      • 기능과 실행 순서
        • ① 가산기:2개의 수를 더하는 장소
        • ② 레지스터:연산에 필요한 자료를 일시적으로 보관하는 기억 장소
        • ③ 누산기:가산기에서 연산한 결과를 일시적으로 보관하는 레지스터의 일종
        • ④ 보수기:뺄셈을 할 때는 수를 보수로 바꾸어 주는 회로

컴퓨터 하드웨어

slide25
중앙처리장치
    • 산술/논리 연산 장치의 구성

컴퓨터 하드웨어

slide26
중앙처리장치
    • 명령어 수행 단계
      • 명령어 인출(Instruction Fetch)
        • 수행할 명령어가 저장된 주기억장치의 주소를 계산한 후에 MAR(Memory Address Register)에 넣고, MBR(Memory Buffer Register)을 통해 명령어를 읽어내어 명령어 레지스터에 넣는다. 한편, 다음에 수행할 명령어의 주소를 위해 프로그램 계수기(program counter)의 값을 하나 증가시킨다.
      • 명령어 해독기(Instruction Decode)
        • 명령어의 연산코드(operation code)를 해독하여 수행할 동작을 결정한다.
      • 오퍼랜드 검출(Operand Fetch)
        • 수행될 동작이 기억장치로부터 데이터를 필요로 한다면 유효주소를 계산한 후 CPU의 내부 레지스터에 넣는다.
      • 명령어 수행(Instruction Execution)
        • 명령어에 의해 지정된 동작을 한다.
      • 계산결과 저장(Store)
        • 계산결과를 저장하는 단계로 저장할 기억장치의 주소를 결정하여 MAR에 넣고, 최종 결과를 MBR을 통해 저장한다.

컴퓨터 하드웨어

slide27

명령어 인출

오퍼랜드 인출

계산결과저장

1

3

5

명령어

수행

부분

계산

결과

저장

요청

다중

계산

결과

오퍼

랜드

요청

다중

오퍼

랜드

명령어 해독

명령어 수행

2

4

유효

주소

계산

부분

명령어 주소계산

오퍼랜드 주소계산

계산결과

저장주소 계산

다음 명령 호출

  • 중앙처리장치
    • 명령어 수행 단계

컴퓨터 하드웨어

slide28
중앙처리장치
    • 컴퓨터 명령어의 수행 과정
      • ①은 명령어를 주기억장치에서 꺼내어 명령 레지스터(IR)에 저장하는 fetch 단계이다. 명령어의 구성에서 동작 코드 ADD는 덧셈 동작을 표시하며, S2는 자료 2주소를 나타낸다.
      • ②는 제어 장치가 명령어를 해석한 후에 가져온 명령어에 있는 주소의 데이터를 산술 및 논리 연산 장치의 레지스터 안에 넣어주는 작업이다.
      • ③은 산술 및 논리 연산 장치가 주기억장치에서 가져온 두 개의 수를 더하고 그 결과를 다른 레지스터에 넣는 작업이 다. 물론 이때도 제어 장치 내에 명령 레지스터의 명령 코드인 ADD에 의해 지시를 받아 명령어가 실행된 것이다.
      • ④는 제어 장치가 연산의 결과를 주기억장치로 옮기는 작업이다.

컴퓨터 하드웨어

slide29

주기억장치

OP 모드 S1,D1 S2

ADD 00 2000 4000

SUB 00 4400 5000

DIV 00 3000 6000

1111

.

.

.

.

.

.

4455

1

2

4

2

1111

ADD 2000 4000

+

IR

4455

명령 레지스터

3

5566

제어장치

산술 논리 연산 장치

  • 중앙처리장치
    • 컴퓨터 명령어의 수행 과정

컴퓨터 하드웨어

slide30
중앙처리장치
    • 중앙 처리 장치의 구성
      • ①프로그램 계수기(program counter)
      • ②명령어 레지스터(instruction register)
      • ③명령어 해독기(instruction decoder)
      • ④제어 장치 (control unit)
      • ⑤범용 레지스터(general register)
      • ⑥작업 레지스터(working register)
      • ⑦ 상태 레지스터(status register)
      • 이때 숫자 표시는 제어 장치에서 나오는 신호 C0 ‥‥ Cn-l Cn에 의해 순차적으로 동작됨을 나타낸다.

컴퓨터 하드웨어

slide31

MAR

주기억장치

1

2

5

MBR

입출력 채널

PC

프로그램 계수기

상태레지스터(SR)

9

+1

명령어 레지스터(IR)

3

7

OP

OPRD

작업레지스터(WR)

명령어해독기

(decoder)

6

8

4

범용레지스터(GPR)

…….

제어장치

클럭

…….

중앙처리장치(CPU)

Cn

Cn-1

C0

  • 중앙처리장치
    • 중앙 처리 장치의 구성

컴퓨터 하드웨어

slide32
레지스터
    • 레지스터 분류
      • 범용 레지스터(GPR; General Purpose Register)
        • 고정 소수점 데이터를 기억하고 여러 가지 목적으로 사용될 수 있는 레지스터이며, 0, 1, 2,.....13, 14, 15번 등 총 16개로 이루어져 있으며 각각의 길이는 4byte(fullword)이다(IBM의 경우).
      • 누산기용 레지스터(Accumulator Register)
        • 일반적으로 연산수를 저장해 두고 다른 연산수를 받아 가지고 이것을 이미 있는 수에 더하거나 빼주는 기능을 가진 레지스터를 말한다.
      • 부동 소수점 레지스터(Floating-Point Register)
        • 부동 소수점 레지스터에 사용되는 레지스터이며, 0, f, 4, 6번 4개로 이루어져 있으며 각각의 길이는 8byte(doubleword)이다.
      • 번지 레지스터(Address Register)
        • 기억위치나 장치의 주소를 기억하는 레지스터이다.
      • 기억 레지스터(Storage Register)
        • 기억장치에서 보내왔거나 또는 보낼 데이터를 일시적으로 보관하는 레지스터이다.
      • 작업 레지스터(Working Register)
        • 산술연산을 실행할 수 있도록 데이터를 저장하고 그 결과를 저장하는 레지스터이다. 범용 레지스터와의 차이는 산술 및 논리연산장치에 연결되어 있다는 점이다.

컴퓨터 하드웨어

slide33
레지스터
    • 레지스터 분류
      • 상태 레지스터(Status Register)
        • CPU의 상태를 나타내는 레지스터로 연결 결과의 상태, 즉 영 Z(zero), 부호 S(sign), 오버플로우 V(oveflow), 캐리 C(carry), 인터럽트 I(interrupt) 등의 발생여부를 나타내는 특수 목적 레지스터이다.
      • 인덱스 레지스터(Index Register)
        • 주소를 계산할 때 사용된다.
      • 명령어 레지스터(IR: Instruction Register)
        • 실행해야 할 명령을 보관하는 레지스터이다. 즉, 현재 수행 중에 있는 명령 코드(operation code)를 저장하고 있는 임시기억장치이다.
      • 프로그램 계수기(PC: Program Counter)
        • 가장 중요한 레지스터이며, CPU가 프로그램을 실행할 때 다음에 실행될 명령이 들어 있는 주기억장치의 주소(memory location)를 기억하고 있다.
      • MAR
        • 기억 장치내의 선택된 자료의 주소를 갖고 있는 레지스터
      • MBR
        • 메모리 주소 레지스터(MAR)에 의해 지정된 기억장소로부터 읽어 들이거나 기억장소에 저장시킬 자료를 가지게 되는 레지스터이다.

컴퓨터 하드웨어

slide34

중앙처리장치

메모리 셀

주(내부)기억장치

CPU

기억장치

입출력 시스템

보조(외부) 기억장치

자기테이프 기억장치

자기드럼 기억장치

자기디스크 기억장치

  • 기억장치
    • 기억장치의 중심적인 관계
    • 기억 장치의 구성

컴퓨터 하드웨어

slide35

명령코드

모드

오퍼랜드

주기억장치

번지

명령어

11

인덱스

레지스터1

200

0

1

2

.

.

.

명령코드(OP코드)

2000

모 드

오퍼랜드

2

명령어

0 0

실제데이터

2199

+

2200

실제데이터

1

3

  • 기억장치
    • 주소지정 방식
      • 즉시 모드
      • 직접 번지 모드

컴퓨터 하드웨어

slide36

명령코드

모드

오퍼랜드

주기억장치

번지

명령어

10

900

0

1

2

.

.

.

899

900

1000

.

.

.

실제데이터

1000

  • 기억장치
    • 주소지정 방식
      • 간접 번지 방식

컴퓨터 하드웨어

slide37
기억장치의 종류
    • 자기코어 메모리
    • 집적회로 메모리

[그림 4-31] IC RAM

컴퓨터 하드웨어

slide38

CPU

기억장치 액세스

시간이 감소한다.

캐시기억장치

기억장소 액세스

속도가 증가한다.

CPU가 프로그램과

데이터를 직접참조

할 수 있다.

비트당 기억장치

비용이 증가한다.

주기억장치

기억장치 용량이

감소한다.

프로그램과 데이터가 CPU에

의해 참조되기 위해서는 먼저

주기억장치로 옮겨져야 한다.

보조기억장치

(직접접근과 순차접근 기억장치)

프로그램과 데이터

  • 기억장치의 계통
    • 계층적 기억장치 구성

컴퓨터 하드웨어

slide39

제어부

주기억장치

cache memory

명령 레지스터

cache memory에 없을 때

cache directory

  • 기억장치의 계통
    • 캐시 기억장치의 개념도

컴퓨터 하드웨어

slide40

가상기억장치

보조기억장치

주기억장치

주변 제어부

기계장치

기기부

주변 제어부

페이지

하드

웨어

소프트

웨어

기기부

컴퓨터화

  • 기억장치의 계통
    • 주기억 장치와 가상기억장치
    • 주변제어부와 컴퓨터화

컴퓨터 하드웨어

slide41

 반도체 메모리(RAM)

컴퓨터 하드웨어

slide43
고성능 기억장치
    • 캐시 기억장치(Cache Memory)
      • CPU와 주기억장치 사이의 속도 차이를 해결하기 위함
      • SRAM을 사용
      • CPU와 주기억장치의 중간에서 CPU가 필요로 하는 빈도가 높은 데이터를 주기억장치로 부터 캐시 기억장치로 미리 이동시켜 놓아 필요할 때 즉시 사용하도록 하여 컴퓨터의 실행속도를 높이기 위해 사용되는 버퍼(Buffer)
      • 주기억장치보다 용량은 작지만 속도는 빠르다
      • 효과
        • 주기억장치에 기억된 내용의 일부분을 가지고 있으므로 그 효율성은 필요로 하는 데이터나 명령어를 캐시에서 읽어들이는 비율에 좌우
        • 적중(hit), 미스(miss), 적중율(hit ratio)
      • 캐시에 없는 데이터는 주기억장치에서 읽어들여야 한다
      • Access time은 주기억장치보다 5~10배 빠르다

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slide44
캐시 기억장치의 원리
    • CPU의 실행 속도는 기억장치 사이클에 제한
    • 지역성의 원리(principle of the locality)를 이용
    • 사상 함수(Mapping Function)
      • 직접 사상(direct mapping) 기법
        • 주기억장치의 각 블록이 들어갈 수 있는 캐시 슬롯을 한 개만 허용
        • 적중률이 낮다
      • 연관 사상(associative mapping) 기법
        • 직접 사상의 단점을 보완
        • 주기억장치의 블록이 캐시의 어느 슬롯으로도 저장될 수 있도록 허용
        • 캐시들을 병렬로 검사하기 위한 회로가 복잡
      • 집합 연관 사상(set associative mapping) 기법
        • 직접사상과 연관사상의 장점들을 모아놓은 기법

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slide45
교체 알고리즘(Replacement Algorithms)
    • 최소 최근 사용(LRU : Least Recently Used)
      • 캐시내에서 가장 오랫동안 사용되지 않은 블록
    • 최소 사용 빈도(LFU: Least Frequently Used)
      • 가장 적게 사용한 블록
    • 선입선출(FIFO : First In First Out)
      • 캐시에서 가장 오래된 블록
  • 기록 정책(Write Policy)
    • 직접 기록(write through)
      • 기록 동작은 캐시와 주기억장치에 모두 행해진다
    • 기록 복귀(write back)
      • 갱신(Update)이 캐시에서만, 캐시에서 제거될 때 주기억장치에 복사

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slide46

 기억장치의 계층 구조

저용량

고속

고가

CPU

캐시 기억장치

주기억장치(반도체)

보조기억장치(자기 디스크)

대용량

저속

저가

보조기억장치(자기 테이프)

  • 주기억장치는 CPU와 입출력처리를 통해 보조기억장치와 통신한다
  • CPU가 필요로 하는 프로그램이 주기억장치에 없으면 보조기억장치로 부터 가져온다
  • 필요하지 않은 데이터는 주기억장치 공간을 위해 보조기억장치로 전송

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slide47
연관기억장치(Associative Memory)
    • 데이터를 내용에 의해 접근(access)하는 기억장치
    • 내용 주소화 기억장치(Content Addressable Memory)
    • 데이터 처리는 기억장치에 저장된 테이블에서 특정 항목을 검색
    • 항목 검색 절차
      • 각 주소의 저장된 내용을 판독하여 검색하고자 하는 항목과 비교
      • 두 항목이 같지 않으면 다음 주소로 해당 항목을 찾을 때까지 반복
    • 데이터 항목을 찾는데 주소로 탐색하는 것보다 상당히 감소
    • 각 셀이 저장 능력뿐 아니라 외부 인수와 자신을 비교하는 논리기능을 가지고 있어 비싸다
    • 검색시간이 중요한 작업에 이용

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slide48
보조기억장치
    • 자기 디스크, 자기 테이프, 플로피 디스크, CD-ROM
    • 주기억 장치의 용량이 부족한 것을 보충하기 위함
    • 특징
      • 정보를 영구히 보존
      • 외부 기억장치
      • 현재 사용하지 않는 데이터는 보조기억장치에 기억시켜 두었다가 필요할 때마다 다시 사용
      • 주기억장치에 비해 읽는 속도가 느리다
      • 가격이 저렴
      • 용량이 크다
      • 보조기억장치에 저장된 정보를 실행시키려면 주기억장치에 옮겨와야 한다

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slide49
순서적 접근 기억장치
    • Sequential Access Storage Device
    • 데이터를 처리할 때 처음부터 연속적인 순번에 의해서 처리하는 방식
    • 자기 테이프
    • 자기 테이프 장치(Magnetic Tape Unit)
      • 자성 물질이 입혀진 테이프에 정보를 기록하거나 읽는 장치
      • 자료의 기억 및 호출 원리가 녹음기의 녹음과 재생 원리와 같다
      • 자료를 순서대로 기억시키고 순서대로 읽어냄(순차처리만 가능)
      • 고속의 입출력과 대량의 자료를 반영구적으로 보관
      • 운반이 편리하고 가격이 디스크나 드럼에 비해 저렴
      • 순차처리로 인하여 접근시간과 전송시간이 디스크나 드럼에 비해 오래 걸림
      • 번지가 없어 자료의 추가, 삭제, 변경이 어렵다

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slide50
자기 테이프 장치

컴퓨터 하드웨어

slide51

 자기테이프의 구성

  • 두께 : 0.035 ~ 0.05mm
  • 기록 밀도의 단위 : BPI(Byte Per Inch – 1인치당 저장되는 문자)
  • 800, 1600, 3200, 6250 BPI
  • 전송속도 단위 : IPS(Inch Per Second – 1초당 전송되는 인치의 수)
  • 7 또는 9개의 트랙(EBCDIC or ASCII 코드8bit + Parity bit 1bit)

(1 feet = 12 inch)

(1 inch = 2.54 cm)

(End Of Tape)

(Beginning Of Tape)

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slide52
레코드
    • 논리 레코드(Logic Record)
      • 필드(Field)가 여러 개 모여서 이루어짐
      • 물리 레코드를 구성하는 기본 단위
      • IRG(Inter Record Gap : 레코드 간의 간격)가 너무 많아 비경제적

논리 레코드

논리 레코드

  • 물리 레코드(Physical Record)
    • 블록(block) : 자기 테이프의 읽고 쓰기 대상이 되는 단위
    • Read 명령에 의해 1개의 블록이 주기억장치에 옮겨져 1개의 논리레코드로 분류되는 작업을 한다
    • IRG를 줄일 수 있어 자기 테이프의 기억용량을 증가시킴

물리 레코드

물리 레코드

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slide53
자기 테이프 장치의 구조

릴(reel)

(판독과 기록)

릴(reel)

보호링(protect ring)

: 릴에 붙여짐

: 자기테이프의 자료 보호

: 없으면 기록이 불가능

: 판독시는 사용되지 않음

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slide54
블로킹(Blocking)
    • 자기 테이프는 블록 단위로 기록(write) 또는 판독(read)
    • IBG(Inter Block Gap : 블록간의 간격)
      • 관성의 법칙에 의해 자동으로 생김
    • IBG(IRG) 시간 = 가속시간 + 감속시간
    • 블록킹
      • IRG로 인해 구동속도가 느려지는 비효율성을 극복하기 위해
      • 여러 논리 레코드들을 한 블록으로 묶는 것
    • 블록화로 얻을 수 있는 장점
      • 간격의 감소로 한 개의 테이프 릴에 많은 양의 자료를 저장
      • 자료가 주기억장치로 전송시 2개 이상의 논리 레코드가 한번에 읽혀지므로 읽는 속도가 빨라진다

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slide55

 레코드 사이의 간격

감속

가속

가속

테이프 속도

수밀리초

수밀리초

경과시간

시동위치

전송개시

전송종료

정지위치

IRG

(0.3인치~0.75인치)

IRG

(0.3인치~0.75인치)

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slide56
임의 접근 기억장치
    • Random Access Storage Device
    • 임의적으로 기억 장소의 데이터를 판독 또는 기록
    • 임의적 처리(random processing) or 직접 접근(direct access)
    • 자기 디스크, 자기 드럼, 데이터 셀(data cell drive)
    • 자기 디스크 장치(Magnetic Unit)
      • 순차적 또는 직접 접근이 가능
      • 빠른 속도로 인해 보조기억장치로 많이 이용
      • 연속처리 과정은 자기 테이프를 사용할 때보다 느리다
      • 디스크 팩(disk pack)을 이용해 용량을 무한대로 증가시킬 수 있다
      • 온라인 시스템에 이용
      • 이동헤드를 가지고 있어 고정헤드의 자기 드럼보다 access time이 느리다

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slide57

 자기 디스크 드라이브 구조

하드디스크

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slide58
디스크 팩(Disk Pack)
    • 자기 디스크 여러 장을 겹쳐서 그 중심을 연결시켜 놓은것
    • 자기 디스크 장치
      • 디스크 구동기(disk driver)와 디스크 팩으로 구성
    • 디스크 볼륨(disk volume)
      • 2~20장이 한 조를 구성
      • 디스크 장치로부터 분리시켰을 때 디스크 팩이라고 한다
    • 카트리지 디스크(cartridge disk)
      • 사용자가 바꾸어 끼울 수 있는 디스크
    • 윈체스트 디스크(winchest disk)
      • 교환 불가능한 디스크
    • 디스크 팩은 보통 6장으로 구성
      • 최상부면과 최하부면은 보호면으로 사용되지 않는다
      • 따라서, (6장 x 양면) – 보호면 = 10
    • 액세스 암(Access Arm)에 붙은 10개의 헤드가 읽거나 쓴다

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slide59
트랙(Track)
    • 회전축을 중심으로 디스크 양면에 있는 여러 개의 동심원
    • 1장의 디스크에는
      • 203개의 트랙 = 200(000~199)개의 주 트랙+ 3개의 예비용 트랙
    • 같은 회전 시간으로 인해 안쪽과 바깥쪽의 기록밀도가 동일하다

디스크 표면

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slide60
트랙의 기본 구성

(Index marker)

(Home address)

(Track descriptor record)

  • Index marker
  • : 트랙의 시작과 끝
  • Track descriptor record
  • : 레코드의 개수
  • : 나머지 바이트의 값
  • Home address
  • : 트랙의 사용여부
  • : 예비 트랙에 관한 내용
  • : 실린더 번지와 헤드번지
  • 데이터 레코드
  • : 사용자 데이터 기록

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slide61
실린더(Cylinder)
    • 디스크 팩의 각 장에 있는 동일 순번의 트랙
    • 디스크의 중심축으로 부터 동일한 거리에 위치하는 트랙의 모임

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slide62
섹터(Sector)
    • 디스크 표면 위에서 부채꼴 모양을 한 1개의 구간
    • 하나의 트랙은 여러 개의 섹터로 분할(각각에 번지가 지정)
    • 디스크에서 읽고 쓰기를 편리하게 하기 위함

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slide63
액세스 암(Access arm)
    • 부착된 헤드를 통해 지정된 트랙의 섹터를 찾아 자료를 기록 및 판독
    • 탐색 시간(Seek Time)
      • 원하는 레코드가 있는 트랙까지 액세스 암을 이동하는 시간
    • 회전 지연 시간(Latency Time, rotational Delay Time)
      • 트랙에 위치한 레코드의 위치에 올 때까지 기다리는 시간

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slide64
플로피 디스크 장치
    • 자기 디스크와 차이가 없으며, 순차 접근과 직접 접근이 가능
    • 포맷팅(Formatting)
      • 표면을 트랙과 섹터로 구분하는 작업
    • 특징
      • 1매로 구성되어 있으므로 기억 매체의 교환이 가능
      • 소형, 경량이므로 운반이 쉽다
      • 가격이 저렴
      • 주로 개인용 컴퓨터에 이용

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slide65
디스켓 용량 비교

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slide66
광 디스크(Optical Disk)
    • CD-ROM
      • Compact Disk Read Only Memory
      • 레이저 디스크
      • 한번 저장된 데이터는 수정이 불가능한 읽기 전용 기억매체
      • 특징
        • 대용량의 데이터 저장이 가능
        • 크기가 작고 다루기가 쉽다
        • 자기 디스크에 비해 판독 속도가 느리다

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slide68

CD-R(CD Recordable)

    • 사용자가 한 번만 기록할 수 있는 장치
    • WORM(Write Once Read Memory)
  • CD-RW(CD ReWritable)
    • 읽기와 쓰기가 모두 가능
    • 약 1,000회에 걸쳐 기록 가능
  • DVD(Digital Video Disk / Digital Versatile Disk)
    • 4.7GB~17GB의 대용량
    • 양면에 기록
    • 화질과 음질이 우수
    • 차세대 멀티미디어 기록매체의 표준이 될 것이다

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slide69
연산장치
    • 프로그램상의 명령문에 대한 모든 연산을 수행하는 장치
    • 사칙연산 : 가 • 감 • 승 • 제
    • 논리연산 : 자료의 이동 • 비교 • 판단 • 편집 등
    • 산술논리연산장치(ALU : Arithmetic and Logic Unit)
    • 5대 장치 중 유일하게 자료에 변형을 가하는 장치
    • 구성
      • 가산기(Adder)
      • 레지스터(Register)
      • 누산기(Accumulator)
      • 보수기(Complement)
      • 오버플로우 검출기(Overflow Checker)

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slide70
연산장치의 구성

주기억 장치

B

보수기

B

A + B

A

B

연 산 장 치

누산기

② 레지스터

A + B

가 산 기

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slide71
가산기(Adder)
    • 2개의 수를 더해주기 위한 회로
    • 전가산기(Full Adder)와 반가산기(Half Adder)
    • ALU의 산술 연산을 수행하는 회로
  • 레지스터(Register)
    • ALU에 사용되는 데이터나 연산 결과를 일시적으로 기억
    • 어떤 내용을 이동할 때 사용
    • 제어장치에서도 이용됨(프로그램의 수행을 제어)
    • CPU는 주기억장치의 내용을 레지스터로 읽어들인 후 실행
    • 크기 : 8, 16, 32, 64비트 등

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slide72
레지스터의 종류
    • 누산기(ACC : ACCumulator)
      • ALU의 중간 또는 결과를 일시적으로 기억
      • 누산기의 결과는 기억 레지스터를 통해 주기억장치에 보내진다
    • 기억 레지스터(Storage Register)
      • 기억장치에 입력 또는 출력할 자료를 일시적으로 기억
    • 범용 레지스터(General Register)
      • 여러가지 목적으로 사용되는 레지스터
    • 부동 소수점 레지스터(Floating Point Register)
      • 부동 소수점 연산에 사용되는 레지스터
    • 메모리 어드레스 레지스터
      • (MAR : Memory Address Register)
      • 연산에 사용될 자료의 주기억장치 상에서의 위치를 기억
      • 장치의 주소를 기억

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slide73
기억장치 버퍼 레지스터(MBR : Memory Buffer Register)
    • 기억장치에 입출력되는 자료를 기억하는 레지스터
  • 인덱스 레지스터(Index Register)
    • 주소를 계산할 때 사용되는 레지스터
  • 명령 레지스터(Instruction Register)
    • 실행해야 할 명령을 보관하는 레지스터

컴퓨터 하드웨어

slide74
보수기(Complement)
    • 어떤 수를 보수로 바꾸어 주는 회로
    • 1의 보수, 2의 보수
    • 올림수(carry)가 발생하면 양수, 그렇지 않으면 음수

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slide75
오버플로우 검출기(Overflow Checker)
    • 오버플로우(Overflow)
      • 산술 연산의 결과가 저장할 수 있는 범위를 벗어나는 경우
  • 언더플로우(Underflow)
    • 산술 연산에서 절대값이 너무 적어 사용하고 있는 기수법의 범위에서는 표시할 수 없는 경우

5

소수점의 위치

소수점의 위치

소수점의 위치

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slide76
연산 방법
    • 단항(Unary) 연산
      • 1개의 입력 데이터에 대한 연산(피연산자가 1개)
      • 보수, Move, Shift, Rotate 등
    • 이항(Binary) 연산
      • 2개의 입력 데이터에 대한 연산(피연산자가 2개)
      • AND, OR, XOR 등
    • 비수치적 연산
      • 논리 연산(Logical Operation)
      • 수치의 사칙연산을 제외한 모든 문자 처리
      • Move(이동), Complement(보수), AND(논리곱), OR(논리합) 등

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slide77

1010

01001101

ALU

ALU

1010

10110010

  • MOVE
    • Unary 연산
    • 하나의 레지스터에 기억된 내용을 다른 레지스터로 이동
  • COMPLEMENT
    • Unary 연산
    • 입력데이터에 대한 1의 보수 연산

컴퓨터 하드웨어

slide78

1010

0110

1010

0110

ALU

ALU

0010

1110

  • AND
    • Binary 연산
    • 일부분의 bit 또는 문자를 지우기 위해
  • OR
    • Binary 연산
    • 2개 이상의 데이터를 섞을 때 사용

컴퓨터 하드웨어

slide79
쉬프트(Shift)
    • 입력 데이터의 모든 bit를 왼쪽이나 오른쪽으로 이동
    • 논리적 쉬프트와 산술적 쉬프트
    • 논리적 쉬프트
      • 쉬프트 결과 밀려나가는 bit는 잃어버리고, 새로 0이 들어온다
      • 왼쪽 쉬프트
        • 최상위 비트(MSB)를 읽어버리고, 최하위 비트(LSB) 자리에 0 입력
      • 오른쪽 쉬프트
        • 최하위 비트를 잃어버리고, 최상위 비트에 0이 들어온다

왼쪽 쉬프트

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slide80
산술적 쉬프트
    • 곱셈과 나눗셈을 보조
    • 부호 비트는 변하지 않는다
    • 왼쪽 산술 쉬프트
      • N bit 왼쪽 쉬프트는 x 2n
    • 오른쪽 산술 쉬프트
      • N bit 오른쪽 쉬프트는 ÷ 2n

오른쪽 쉬프트

(2)10

(1)10

컴퓨터 하드웨어

slide81
로테이트(Rotate)
    • 한쪽 끝에서 밀려나간 데이터가 반대편으로 입력된다
    • 왼쪽 로테이트
      • 왼쪽의 최상위 비트가 밀려서 오른쪽 끝으로 이동
    • 오른쪽 로테이드
      • 오른쪽의 최하위 비트가 밀려서 왼쪽 끝으로 이동

왼쪽 로테이트

컴퓨터 하드웨어

slide82
수치적 연산
    • 고정 소수점 표현 방식으로 나타낸 수의 연산
      • 덧셈
        • 부호와 절대치
        • 1의 보수
        • 2의 보수
      • 뺄셈
        • 부호와 절대치로 표현된 수에서만 필요
        • 1의 보수, 2의 보수에 의한 뺄셈은 뺄셈 대신 보수를 취한 덧셈으로 구한다
      • 곱셈
        • 덧셈의 반복
      • 나눗셈
        • 젯수(divisor)를 피젯수(dividend)에서 계속 빼서(보수를 취한 덧셈) 피젯수가 젯수보다 최초로 작아지거나 0이되면 그 뺀 횟수가 몫이 되고, 빼고 남은 피젯수가 나머지

컴퓨터 하드웨어

slide83
부동 소수점 표현 방식으로 나타낸 수의 연산
    • 덧셈, 뺄셈
      • 두 수의 지수부분을 같게하고, 소수부를 조정한 후 연산
    • 곱셈, 나눗셈
      • 지수부 : 곱셈은 곱셈으로, 나눗셈은 뺄셈으로 연산
      • 소수부 : 고정 소수점 연산 방식으로 연산

컴퓨터 하드웨어

slide84
제어장치(Control Unit)
    • 모든 컴퓨터 시스템을 효율적으로 제어하는 장치
    • 주기억장치로 부터 명령을 읽어낸 후, 해독하여 컴퓨터의 각 장치에 필요한 신호를 보내 여러 가지 처리 동작을 제어
      • 입력자료의 기억장소나 입력장치의 지정
      • 연산에 필요한 연산회로의 지정
      • 결과를 인쇄하기 위한 출력장치의 지정

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slide85
제어장치의 구성 요소

주기억장치

제 어 장 치

명령계수기

명령 레지스터

명령 코드

번지부

명령해독기

번지해독기

산술 논리 연산장치

(누산기)

제어의 흐름

데이터 흐름

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slide86
명령 계수기(IC : Instruction Counter)
    • 프로그램 계수기(PC : Program Counter)
    • 위치 계수기(LC : Location Counter)
    • 명령의 실행 순서를 지정하기 위하여 다음에 실행할 명령들이 들어 있는 주기억장치의 번지를 기억하는 레지스터
  • 명령 레지스터(IR : Instruction Register)
    • IC에 지정된 번지에 기억되어 있는 명령을 해석하기 위하여 임시로 보관해 두는 레지스터
    • 명령부와 번지부로 구성
    • 명령부는 명령 해독기에, 번지부는 번지 해독기에 보내져 해독
  • 명령 해독기(ID : Instruction Decoder)
    • IR의 명령부에 있는 명령 코드를 해독하여 기계 사이클 부호기에 신보를 보내는 장치
  • 번지 해독기(Address Decoder)
    • IR의 번지부의 번지를 해독하여 주기억장치의 해당 번지의 내용을 불러오는데 필요한 신호를 보내는 장치

컴퓨터 하드웨어

slide87
제어장치의 동작
    • 제 1단계
      • 준비 단계 또는 명령 인출 단계(Instruction Fetch Cycle)
    • 제 2단계
      • 명령 실행 단계(Instruction Execution Cycle)
    • 인출 사이클(Fetch Cycle) 과정
      • PC에 기억되어 있는 주기억장치의 초기 번지의 주소를 판독
      • PC에 지정된 주기억장치의 내용이 IR로 옮겨진다
      • 명령 코드가 명령 해독기를 통해 해독된다
      • 해독된 명령 코드는 부호기를 거쳐 각 장치에 신호를 보낸다
      • 번지부가 번지 해독기를 통해 해독된다
      • PC는 주기억장치의 번지가 하나 증가한다

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slide88

제어장치

주기억장치

(프로그램)

명령 계수기

어드레스가 자동적으로 1 증가

명령 레지스터

명령 코드

번지부

명령 해독기

번지 해독기

부호기

• • •

각 장치

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slide89
명령 실행 사이클 실행 과정
    • 만일 해독된 내용이 가산 명령이라면…..부호기의 신호에 의해 누산기의 내용이 소거된다
    • IR의 번지부가 주기억장치의 번지 지정에 산출되어 기억 레지스터로 옮긴 후
    • 누산기와 가산기의 연산에 의해 계산된 결과는 누산기에 임시 저장
    • 실행 단계가 끝나고 다시 Fetch Cycle이 시작된다

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slide90

제어장치

연산장치

누산기

명령 레지스트

명령 코드

번지부

가산기

번지 해독기

기억 레지스터

MBR

제어의 흐름

주기억장치(데이터)

MAR

데이터 흐름

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slide91
주소 지정 방식(Addressing Mode)
    • 주소를 이용하여 정보를 읽어내는 방식
    • 피연산자를 실제로 참조하기 전에 명령의 주소필드를 변경하거나 해석하는 규칙을 지정하는 방식
    • 즉시 주소 지정 방식(Immediate Addressing Mode)
      • 명령어의 번지부에 데이터를 직접 넣어 주는 방식
      • 명령어 자신이 데이터를 직접 포함

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slide92
직접 주소 지정 방식(Direct Addressing Mode)
    • 명령어 번지부에 실제 데이터가 들어있는 주기억장치의 번지를 직접 갖고 있는 방식

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slide93
간접 주소 지정 방식(Indirect Addressing Mode)
    • 명령어 번지부에 있는 값으로 주기억장치 내의 번지를 찾아간 후, 그 번지의 내용으로 다시 한번 더 주기억장치의 번지를 지정
    • 주기억장치를 두 번 호출

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slide94
인덱스 지정 방식(Index Addressing Mode)
    • 명령의 번지 부분과 index register를 더한 값으로 유효 주소(Effect Address)를 지정하는 방식
    • 유효 번지 = 명령의 번지 부분 + CPU내의 index register의 값

+

Index register

200

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slide95

명령어의 형식과 종류

    • 컴퓨터는 주기억장치에 기억되어 있는 지정된 동작을 수행하도록 하는 명령어에 의해 실행
    • 형식
      • 연산자(Operation) : 연산의 종류
      • 피연산자(Operand) : 데이터가 보관되어 있는 주소

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slide96

명령어의 종류

    • 0-번지 명령(Zero-Address Instruction)
      • 피연산자의 주소 부분이 없는 명령 형식
      • 스택(Stack)

형식 :

연산자

ALU

TOP

TOP

ALU

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slide97

1-번지 명령(One-Address Instruction)

    • 피연산자의 번지에 저장된 데이터와 누산기에 저장된 데이터를 연산하여 그 결과를 다시 누산기에 보관
    • 연산 결과는 항상 누산기에 저장
  • 2-번지 명령(Two-Address Instruction)
    • 피연산자 1에 저장된 내용과 피연산자 2에 저장된 내용을 연산하여 피연산자 1에 저장

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slide98

3-번지 명령(One-Address Instruction)

    • 피연산자가 3개
    • 2개의 피연산자는 연산을 위해 사용
    • 나머지 한 개의 피연산자는 연산 결과의 저장
    • 하나의 명령을 수행하기 위해 주기억장치에 최소한 4번 접근하기 때문에 수행시간이 길다

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slide99

인터럽트(Interrupt)

    • 컴퓨터가 작업 중 예기치 않은 응급 사태가 발생하는 것
    • 운영체제 내의 제어 프로그램(Control program)에 있는 인터럽트 처리루틴이 작동
    • 응급사태 처리 후 인터럽트 발생 전의 상태로 되돌린다
    • 운영체제의 한 기능
    • 응급 사태의 파악
      • PSW(Program Status Word)에 의해 수행

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slide100
인터럽트의 종류
    • 기계 검사 인터럽트(Machine Check Interrupt)
      • 프로그램 실행 도중에 기계의 고장을 발견했을 때 발생하는 인터럽트
    • 외부 인터럽트(External Interrupt)
      • 오퍼레이터가 시스템의 요구에 필요한 조치를 하는 경우
      • 타이머에 의해 일정 시간이 되면 작업을 멈추고 다른 업무를 하는 경우
    • 입출력 입터럽트(I/O Interrupt)
      • 입출력의 종료나 입출력의 오류에 의해 생기는 인터럽트
      • 채널(Channel)의 신호

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slide101
프로그램 검사 인터럽트(Program Check Interrupt)
    • 프로그램 상의 착오나 사용되지 않는 명령문을 사용하는 경우
    • 예) 0으로 나누는 경우, 명령 코드를 잘못 사용한 경우
  • 감시(제어) 프로그램 호출 인터럽트
    • Supervisor Call Interrupt
    • 프로그램 내부에서 특정한 서비스를 요구하는 경우
    • 특정한 요구란?
      • 감시 프로그램 호출 명령(SVC : Super Visor Call) 실행시 발생되는 것

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slide102
인터럽트의 우선순위
    • 정전 혹은 기계의 잘못
    • 프로그램의 연산자나 주소 지정 방식의 잘못
    • 사용자로부터의 인터럽트
    • 입•출력장치의 인터럽트

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slide103
입 •출력 장치
  • 입력장치(Input Device)
    • 자료를 주기억장치에 입력시키는 장치
    • 키보드(Key Board)
      • 대표적인 입력장치
      • 한글, 영문자, 숫자, 특수 문자, 12개의 기능키로 구성
    • 마우스(Mouse)
      • 윈도우의 대표적인 입력장치
      • 일반 마우스, 광 마우스, 지문 인식 마우스 등
    • 스캐너(Scanner)
      • 그림이나 사진 등의 영상 자료를 컴퓨터로 읽어들이는 장치
      • 핸드 스캐너, 탁상용 스캐너

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slide104
바코드 판독기(Bar Code Reader)
    • 상품에 인쇄된 선에 빛을 비추어 반사되는 빛의 강약에 따라 자료를 읽는 후, 컴퓨터 내부에 기억된 정보와 비교하여 제조회사 •제조날짜 • 상품명 • 가격 등을 판별
    • 유통 업체에 널리 보급
  • 디지털 카메라(Digital Camera)
    • 사진을 촬영한 영상을 그래픽 파일 형태로 컴퓨터에 입력시킬 수 있는 장치

바 코드

바 코드 판독기

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slide105
광학 마크 판독기(OMR : Optical Mark Reader)
    • 카드나 용지에 빛을 비추어 반사되는 빛에 따라 자료값을 검출
    • 정보의 기록 밀도가 낮으며, 정확하게 마크(mark)되지 않으면 오류
    • 자료의 양이 많이 않으면 경제적이지 못하다
    • 각종 시험 답안지, 시장 조사, 앙케트 조사에 이용

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slide106
광학 문자 판독기(OCR : Optical Character Reader)
    • 문자가 기록된 용지에 빛을 비추어 그 반사광으로 문자와 백지를 구분
    • 문자체가 정해져 있다
    • 프린터나 타자기, 손으로 직접 쓴것도 규칙만 지키면 판독이 가능
    • 정확도가 높으며 속도가 빠르다
    • 엄격한 문자 설계가 요구

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slide107
자기 잉크 문자 판독 장치
    • (MICR : Magnetic Ink Character Reader)
    • 자성을 가지고 있는 잉크와 특수한 형태의 문자를 자화시켜 헤드로 감지하여 문자를 판별
    • 내용 수정이 어려워 신뢰성이 높다
    • 10개의 숫자와 4개의 특수문자만 사용
    • 은행 수표나 어음, 지로(GIRO), 승차권

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slide108
음성 입력 시스템(Voice Input System)
    • 사람의 언어를 직접 컴퓨터에 입력할 수 있는 장치
    • 사람의 말을 전기적 신호로 바꾸어 컴퓨터에 전달
    • 기억장소에 저장되어 있는 패턴과 비교
    • 시스템의 어휘가 제한적이어서 무한정의 단어를 인식하지 못함

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slide109
출력장치
    • 기억장치에 기억된 내용을 외부로 출력시키는 장치
    • 종류
      • 인쇄장치
      • 영상 표시 장치

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slide110
프린터 장치(Print Unit)
    • 문자 형식으로 종이에 인쇄하여 출력시키는 장치
    • 하드 카피(Hard Copy)

활자식 프린터

시리얼 프린터

충격식 프린터

도트행렬 프린터

라인 프린터

프린터

레이저 프린터

비충격식 프린터

잉크젯 프린터

COM

마이크로필름

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slide111
충격식 프린터(Impact Printer)
    • 잉크가 묻은 리본(ribbon)에 헤드(head)가 충격을 가함으로써 종이에 문자를 출력하는 방법
    • 인쇄시 소음이 심하다
    • 종류
      • 직렬식 프린터(Serial Printer) :한 문자 단위로 출력
      • 라인 프린터(Line Printer) :한 번에 한 행(1 Line)씩 고속으로 출력

라인 프린터 

 직렬식 프린터

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slide112
비충격식 프린터(Non Impact Printer)
    • 인쇄시 종이와 헤드 사이에서 기계적인 충격없이 인쇄
    • 소음이 적고 고속이다
    • 레이저 프린터 (Laser Printer)
      • 페이지 프린터(Page Printer)
      • 레이저 광선을 이용하여 1 페이지씩 한꺼번에 출력하는 프린터
      • 라인프린터 방식으로 속도가 빨라 1 페이지씩 인쇄하는 것처럼 보이는 것
    • 잉크젯 프린터 (Ink-Jet Printer)
      • 시리얼 프린터의 한 종류
      • 전기를 띠는 잉크를 노즐로부터 분사시켜 문자를 찍는 프린터

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slide113

 잉크젯 프린터

 레이저 프린터

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slide114
기타 프린터
    • 플로터(Plotter)
      • 컴퓨터로 만들어진 그래프나 설계도면을 정밀하게 출력
    • 영상 표시 장치
      • 소프트 카피(Soft Copy)
      • 브라운관의 화면을 이용하여 정보를 영상으로 출력하는 장치
      • CRT(Cathod Ray Tube)
    • 음성 출력 장치
      • 사운드 카드 및 스피커 시스템이 갖추어져 있어야 한다

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slide115

 플로터(Plotter)

 X-Y Plotter

 Sound Card

 Speaker System

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slide116
입출력 채널(I/O Channel)
    • CPU 대신에 주기억장치와 입출력장치 사이의 데이터 전송을 제어하는 장치
    • CPU와 독립적으로 동작
    • 입력, 출력에 대한 명령을 해독 • 실행
    • 목적
      • CPU와 입출력장치 사이의 속도차이로 인한 CPU의 유휴시간(Idle Time)을 줄이기 위함
    • 기능
      • 입출력 명령을 해독한다
      • 각 입출력 장치에 실행을 지시
      • 지시된 명령의 실행상황을 제어

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slide117
입출력 제어 장치와 입출력 채널

I / O

Control Unit A

I / O

Channel

입출력 장치 A

I / O

Control Unit B

입출력 장치 B

주기억 장치

I / O

Control Unit C

입출력 장치 C

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slide118
입출력 채널의 종류
    • 셀렉터 채널(Select Channel)
      • 1대의 채널로 1대의 주변장치를 연결하는 채널
      • 고속의 주변장치(자기 디스크, 자기 드럼, 자기 테이프)가 사용
      • 입출력시간이 짧다
      • Block 단위로 대량의 자료를 고속으로 전송

A1 A2 A3

고속 입출력 장치

셀 렉 터 채 널

B1 B2 B3

A1 A2 A3

고속 입출력 장치

주기억 장치

Block 단위 전송

C1 C2 C3

고속 입출력 장치

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slide119
멀티플렉서 채널(Multiplexer Channel)
    • 다중 채널
    • 1대의 채널로 전송 속도가 느린(라인 프린터) 여러 대의 장치를 접속해서 동시에 동작
    • Byte 단위로 전송

A1 A2 A3

저속 입출력 장치

멀 티 플 렉 서 채 널

B1 B2 B3

A1 A2 A3

저속 입출력 장치

주기억 장치

Byte 단위 전송

C1 C2 C3

저속 입출력 장치

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slide120
블록 멀티플렉서 채널(Block Multiplexer Channel)
    • 다중 채널의 장점인 “공용”과 선택 채널의 “고속 입출력 장치를 사용”한다는 장점을 택하여 만든 채널
    • 동시에 여러 대의 고속 입출력장치를 공유
    • Block 단위로 고속의 주변장치를 복수로 제어
  • 바이트 멀티플렉서 채널(Byte Multiplexer Channel)
    • 동시에 동작하는 여러 대의 저속 주변장치와 내부 기억장치 사이에서 Byte 단위의 전송을 병렬로 수행하는 채널

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slide121
채널을 이용한 직렬 처리와 병렬 처리

입력 처리

입력 처리

내부 처리

내부 처리

출력 처리

출력 처리

첫 번째 처리

첫 번째 처리

두 번째 처리

두 번째 처리

 직렬처리

: CPU는 입출력이 완료될 때까지

대기상태가 되므로 비효율적

 병렬처리

: 입출력장치가 동작하고 있을 때

다른 입출력장치와 CPU가 병행 동작

컴퓨터의 처리 효율이 높다

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slide122
기타 주변장치
    • 콘솔(Console)
      • Operator나 보수 기술자(Customer Engineer)와 컴퓨터 사이에 대화를 할 수 있는 장치
    • 기능
      • 컴퓨터를 동작, 정지시킬 수 있고 가동상태를 점검
      • 입출력장치를 동작 및 정지시킬 수 있다
      • 컴퓨터의 오류를 재설정(reset)
      • 프로그램을 입력
      • 컴퓨터를 수동으로 동작
      • 주기억장치나 주요 레지스터의 내용을 복사(dump)하거나 설정(set)시킬 수 있다

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slide123

콘솔(Console)

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slide124
단말 장치(Terminal)
    • 통신 시설을 이용하여 원거리 간에 데이터를 교환하기 위하여 컴퓨터와 원격지에 설치되는 입출력장치
  • 종류
    • 단순 단말기(Dumb Terminal)
      • 단순히 데이터의 송수신이 가능한 단말장치
    • 지적 단말기(Intelligent Terminal)
      • CPU와 입출력 요소를 갖춘 소형 컴퓨터
      • 전송할 데이터를 편집한 후 중앙 전산실에 전송하는 단말장치

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slide125
중앙처리장치(CPU)와 단말장치와의 결합 방식
  • 단일 시스템(Simplex System)
    • 통신 제어 시스템, CPU나 파일 장치가 각각 1대씩인 시스템
    • 한 장치가 고장이 나면…..데이터 통신 기능을 수행할 수 없어 높은 가동률을 얻는 것이 불가능

단말장치

통신 제어

장치

파일 장치

단말장치

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slide126
이중 시스템(Duplex System)
    • 시스템의 신뢰성과 성능 향상을 위해 CPU를 2대 사용
    • 하나의 CPU가 고장나면…..다른 CPU를 사용하기 위해 교체 스위치가 필요

단말장치

CPU

파일 장치

CPU

단말장치

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slide127
이중화 시스템(Dual System)
    • 2개의 시스템이 완전히 동일한 처리를 동시에 행하고 처리 결과가 일치하는 경우에만 출력하는 시스템
    • 가장 안전한 시스템으로 중요한 자료를 처리하는 곳에 이용
    • CPU간의 정보처리를 위해 온라인 어댑터(OLA : On-Line Adapter)를 사용

CPU

파일 장치

단말장치

OLA

단말장치

CPU

파일 장치

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slide128

마이크로 필름 출력(COM : Computer Output Microfilm)

    • 출력되는 내용을 마이크로 필름에 저장하는 장치
    • 부피가 작고 기록밀도가 높다
    • 마이크로필름 시스템의 구성
      • 마이크로 필름
      • 레코더 : 마이크로필름에 내용을 기록
      • 판독기 : 마이크로필름에 기록된 내용을 읽는다
      • 복제기 : 마이크로 필름의 내용을 복사
  • 자동 전압 조정기(AVR : Automatic Voltage Regulator)
    • 입력 전압이 변동될 때 자동 감지 조정하여 유해한 요소를 제거하고 양질의 전원을 공급해 주는 장치
    • 무정전 전압 장치(UPS : Uninterruptible Power Supply)
      • 정전이나 노이즈(Noise) 발생시 정전압 • 정주파의 전기를 공급하는 장치

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