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1 장 . 컴퓨터의 기초

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1 장 . 컴퓨터의 기초 - PowerPoint PPT Presentation


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1 장 . 컴퓨터의 기초. Lecture #1. 1.1 컴퓨터의 개요 (1). 사회구조 변천 과정 제임스 와트의 증기기관 발명 전기 발명 컴퓨터와 통신 탄생. [ 정보통신의 발전 ]. 1.1 컴퓨터의 개요 (2). 컴퓨터 개요 초기 컴퓨터 : 계산을 목표로 함 ( 전자계산기라고 통칭 ) 현재 컴퓨터 계산능력 ( 데이터의 해석이나 모의 실험 ) 컴퓨터의 기억 , 검색 , 전달 기능을 이용한 대량 정보수집 , 저장 정보를 여러 형태로 분류 , 검색하는 정보처리 능력

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Presentation Transcript
1 1 1
1.1 컴퓨터의 개요 (1)
  • 사회구조 변천 과정
    • 제임스 와트의 증기기관 발명
    • 전기 발명
    • 컴퓨터와 통신 탄생

[ 정보통신의 발전 ]

컴퓨터 구조론

1 1 2
1.1 컴퓨터의 개요 (2)
  • 컴퓨터 개요
    • 초기 컴퓨터 : 계산을 목표로 함(전자계산기라고 통칭)
    • 현재 컴퓨터
      • 계산능력(데이터의 해석이나 모의 실험)
      • 컴퓨터의 기억, 검색, 전달 기능을 이용한 대량 정보수집, 저장
      • 정보를 여러 형태로 분류, 검색하는 정보처리 능력
      • 프로그램에 의해 작업을 기억하여, 작업을 진행하고, 처리 결과의 상태에 따라 비교, 판단하는 판단 관리 능력

컴퓨터 구조론

1 1 3
1.1 컴퓨터의 개요 (3)
  • 컴퓨터의 기능
    • 원시 자료(source data)를 가공 처리하여 새로운 정보를 만든다.
    • 자료(Data) : 우리들 주변에 널려 있는 모든 것들 중에서 일정한 형식은 갖추고 있지만 가공되지 않은 정보
    • 정보(Information) : 필요에 따라 정해진 일정한 규정에 의해 자료를 정리, 가공하여 얻게 된 일종의 지식

원시 데이터

데이터 처리

정 보

[ 컴퓨터의 정보처리 기능 ]

컴퓨터 구조론

1 1 4
1.1 컴퓨터의 개요 (4)
  • 컴퓨터의 특성
    • 고속성 : 입력, 기억, 연산, 비교, 판단, 출력 등의 기능을 매우 빠른 속도로 처리.
    • 정확성 : 정확한 프로그램과 자료가 주어지면 연산이나 처리를 정확하게 수행.
    • 저렴성 : 복잡한 작업을 사람이 하는 것보다 저렴하게 처리.
    • 범용성 : 활용분야가 광범위함.
    • 다중성 : 여러 작업을 동시에 처리.
    • 대용량성 : 많은 자료의 처리와 기억기능.
    • 호환성 : 사용 프로그램과 자료를 상호 공유하여 처리.

컴퓨터 구조론

1 1 5
1.1 컴퓨터의 개요 (5)
  • 디지털 컴퓨터의 구성

[ 디지털 컴퓨터의 구성 ]

컴퓨터 구조론

1 2 1
1.2 컴퓨터의 역사 (1)
  • 계산기의 발전
    • 최초 계산기 : 3000년 전의 주판.
    • 1617년 네피어(J. Napier)의 네피어 봉(bone)
      • 곱셈용 계산 도구
    • 1642년 파스칼(B.Pascal)은 최초의 기계식 탁상 계산기.
      • 톱니바퀴를 이용한 덧셈, 뺄셈 연산.
    • 1671년 라이프니치(B.V.Leibnitz)는 파스칼의 계산기 개량하여 기계식 속산표 기계 발명.
      • 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 연산

컴퓨터 구조론

1 2 2
1.2 컴퓨터의 역사 (2)
  • 최초의 자동 컴퓨터
    • 해석기계 : 바베지(C. Babbage)가 1834년에 고안.

[ Babbage의 Analytical engine 구조 ]

컴퓨터 구조론

1 2 3
1.2 컴퓨터의 역사 (3)
  • 근대 컴퓨터
    • IBM 설립과 MARK-1의 탄생
      • 1866년 홀러리스(H.Hollerith) : PCS(Punch Card System)
      • IBM
      • MARK-1 : IBM 후원으로 릴레와 천공 카드를 이용한 기계식 컴퓨터.
    • ABC와 ENIAC 이후
      • ABC 컴퓨터 : 전기적으로 작동하는 최초의 디지털 계산기
        • Atanasoff-Berry Computer
      • ENIAC : 18,000개의 진공관과 1,500개의 릴레이로 구성된 전자식 계산기. 군사용으로 사용
      • UNIVAC-1 : 반도체 다이오드와 진공관을 사용한 최초의 상업용 컴퓨터.

컴퓨터 구조론

1 2 4
1.2 컴퓨터의 역사 (4)

[ ENIAC의 구조 ]

컴퓨터 구조론

1 2 5
1.2 컴퓨터의 역사 (5)
  • 프로그램 내장형 컴퓨터
    • 폰 노이만(Von Neumann)
    • 계산기에 기억장치를 설치하고 여기에 프로그램과 데이터를 저장한 다음 저장된 내용을 제어장치가 차례로 명령어를 읽어 명령어를 하나씩 읽어 내어 해독하고, 해독된 내용에 따라 데이터를 처리하여 그 결과를 출력장치로 보내어 문체를 처리한다.
    • EDSAC : 프로그램 내장방식을 채택한 최초의 컴퓨터.

컴퓨터 구조론

1 2 6
1.2 컴퓨터의 역사 (6)

[ 폰 노이만 기계의 구조 ]

컴퓨터 구조론

1 2 7
1.2 컴퓨터의 역사 (7)
  • 컴퓨터의 발전과정
    • 제 1세대 컴퓨터(1946 ~ 1958)
      • CPU 회로소자 : 진공관(냉각장치 필요)
      • 기억장치 : 수은 지연회로, 자기 드럼
      • 언어 : 기계어
      • 입출력장치 : 천공카드, 종이 테이프
      • UNIVAC-1, IBM 701, IBM 702, IBM 704
    • 제 2세대 컴퓨터(1959 ~ 1964)
      • CPU 회로소자 : 트랜지스터
      • 기억장치 : 자기 코어, 자기테이프, 자기디스크
      • 언어 : 어셈블리어, COBOL, FORTRAN, ALGOL, APL 등
      • 운영체제의 개발, 다중 프로그램 가능
      • 온라인 실시간 처리 시스템 방식

컴퓨터 구조론

1 2 8
1.2 컴퓨터의 역사 (8)
  • 제 3세대 컴퓨터(1965 ~ 1971)
    • CPU 회로소자 : 직접회로(IC)
      • IC, SSI, MSI
    • 소프트웨어 체계 확립
      • 운영체제, 다중 프로그램, 온라인 실시간 처리 시스템 등이 일반화
    • 시분할 처리 방식(TSS:Time Sharing System)
    • MIS(Management Information System)체계 확립
    • IBM 360시리즈, UNIVAC 9000시리즈, PDP-11
  • 제 4세대 컴퓨터(1975 ~ 1979)
    • CPU 회로소자 : LSI
    • 캐쉬 기억장치, 가상 기억장치, 연상 기억장치
    • 개인 컴퓨터의 대중화.
    • 온라인 실시간 처리시스템이 보편화.

컴퓨터 구조론

1 2 9
1.2 컴퓨터의 역사 (9)
  • 제 5세대 컴퓨터(1980 ~ )
    • CPU 회로소자 : VLSI
    • 대규모 종합 컴퓨터 네트워크가 추진 : 폭넓은 정보교환이 보편화.
    • 소형의 전용 컴퓨터 지향.

컴퓨터 구조론

1 2 10
1.2 컴퓨터의 역사 (10)
  • Intel Microprocessor

[ Intel 마이크로프로세서의 트랜지스터 집적도 ]

컴퓨터 구조론

1 3 1
1.3 컴퓨터의 구성 (1)
  • 하드웨어
    • 연산장치, 제어장치, 기억장치, 입력장치, 출력장치
    • 하드웨어 기본 구성

컴퓨터 구조론

1 3 2
1.3 컴퓨터의 구성 (2)
  • 중앙처리 장치(CPU)
    • 사용자가 지시한 프로그램에 따라 컴퓨터의 동작을 제어하고 데이터들을 연산 및 처리하는 기능.

[ 중앙 처리 장치의 구조 ]

컴퓨터 구조론

1 3 3
1.3 컴퓨터의 구성 (3)
  • 중앙처리 장치(CPU)
    • 주요 구성 요소
      • 연산장치(ALU : Arithmetic Logic Unit)
        • 가산기, 논리연산기, 보수연산기, 시프터, 상태플래그레지스터
      • 제어장치(Control Unit)
      • 레지스터(Register)
      • 주기억장치(Primary Memory)
        • 캐쉬메모리(Cache Memory)
        • 주 메모리(Main Memory)
        • 보조메모리(Auxiliary Memory)
        • ROM(Read Only Memory)

컴퓨터 구조론

1 3 4
1.3 컴퓨터의 구성 (4)
  • 주변 장치
    • 입력장치
      • 컴퓨터에게 직접 명령을 내리거나 데이터를 데이터를 입력할 때 사용하는 장치.
      • 키보드, 마우스, 입력 펜, 스캐너, 디지타이저 등.
    • 출력장치
      • 처리된 결과를 문자, 그래프, 영상, 음성 등의 형태로 출력하는 장치.
      • 모니터, 프린터, 플로터 등.
    • 보조기억장치
      • 컴퓨터가 당장 필요로 하지 않는 프로그램이나 자료들을 파일 형태로 기억했다가 필요한 시기에 주 기억장치로 옮겨서 수행.
      • HDD, FDD, CD-ROM, DVD-ROM 등

컴퓨터 구조론

1 3 5
1.3 컴퓨터의 구성 (5)
  • 소프트웨어
    • 컴퓨터의 하드웨어를 동작시키기 위한 모든 기술, 방법 등을 갖춘 프로그램의 집합.
    • 프로그래밍 언어
      • 저급언어(low level language)
        • 기계어 : 프로세서에게 직접 작업을 지시하기 위한 언어.(2진수로 작성)
        • 어셈블리어 : 2진 코드로 구성된 기계어에 1:1로 대응하는 연산 코드를 정하여 사용하는 언어.
      • 고급언어
        • 인간이 사용하는 문장과 유사한 자연어로 구성되어 있어 프로그램을 이해하거나 작성하는데 용이한 언어.
        • 컴파일러, 인터프리터 필요

컴퓨터 구조론

1 3 6
1.3 컴퓨터의 구성 (6)
  • 소프트웨어의 체계
    • 응용소프트웨어
      • 사용자가 문제를 해결하기 위하여 작성한 프로그램.
      • 패키지 프로그램 –워드프로세서, 데이터 베이스
      • 유틸리티 프로그램
    • 시스템 소프트웨어
      • 컴퓨터 기능을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 소프트웨어
      • 운영체제, 제어 프로그램, 처리 프로그램 등

[ 소프트웨어 계층 구조 ]

컴퓨터 구조론

1 4 1
1.4 컴퓨터의 종류 (1)
  • 데이터 형태에 의한 분류
    • 아날로그 컴퓨터 (Analog computer)
      • 물리적인 양에 대한 연속적인 형태의 자료를 이용하여 측정하고 계산하여 출력하는 형태의 컴퓨터.
    • 디지털 컴퓨터(Digital computer)
      • 모든 데이터를 이산적인 숫자 형태로 표현, 연산
      • 논리회로로 구성되며 모든 동작은 프로그램에 의해 수행
    • 하이브리드 컴퓨터(Hybrid computer)
      • 아날로그와 디지털 컴퓨터의 혼합.
      • A/D변환기, D/A변환기를 내장.
      • 과학 기술 계산용, 군사용

컴퓨터 구조론

1 4 2
1.4 컴퓨터의 종류 (2)
  • 하드웨어 용도에 의한 분류
    • 마이크로 컴퓨터(micro computer)
      • 마이크로 프로세서
      • 중앙처리장치를 최소화하여 작게 만든 컴퓨터
      • 기계 제어를 위한 마이크로 컨트롤러 목적으로 개발
    • 개인용 컴퓨터(personal computer)
      • 컴퓨터가 가격도 저렴해지고 개인별 소유가 용이함에 따라 불리워짐.
    • 범용 컴퓨터(general purpose computer)
      • 광범위한 분야에 걸친 문제들을 해결하기 위해 설계된 컴퓨터.
      • 과학기술 계산용, 사무처리용으로 구분

컴퓨터 구조론

1 4 3
1.4 컴퓨터의 종류 (3)
  • 컴퓨터 규모에 의한 분류
    • 마이크로 컴퓨터(micro computer)
      • CPU로 마이크로 프로세서를 사용하는 컴퓨터.
      • One-chip micro computer
    • 미니 컴퓨터(mini computer)
      • Multi-user system으로 개발.
    • 메인 프레임 컴퓨터(mainframe)
      • 가격 대비 성능면에서 다른 컴퓨터 보다 앞서있다.
      • 메인 프레임에 의해서만 제공될 수 있는 특수한 목적의 기능이 포함.
    • 슈퍼 컴퓨터(super computer)
      • 특수한 분야에서 고속으로 데이터들을 처리할 수 있는 특수한 컴퓨터.

컴퓨터 구조론

1 5 1
1.5 집 적 회 로 (1)
  • 집적회로
    • 한 개의 칩 안에 다수의 디지털 게이트를 구성하는 수많은 전자 부품들을 집적하여 만든 실리콘 반도체.
    • 집적 회로의 장점
      • 시스템의 크기가 작다.
      • 동작 속도가 빠르다.
      • 전력 소모가 적다.
      • 수명이 반 영구적이다.
      • 고장이 적어 신뢰도가 높다.
      • 외부와의 연결 회로가 간단하다.
      • 가격이 싸므로 경제적이다.

컴퓨터 구조론

1 5 2
1.5 집 적 회 로 (2)
  • 반도체 제조 기술에 따른 집적회로 분류

디지털 집적 회로

모노리틱

하이브리드

양극형

단극형

박막형

후박형

MOSFET PMOS

NMOS

CMOS

HMOS

RTL ECL IIL

DTL

TTL

컴퓨터 구조론

1 5 3
1.5 집 적 회 로 (3)
  • 회로의 집적도에 따른 분류
    • 소규모 집적회로 (SSI : Small Scale Integrated circuit)
      • 10개 미만의 게이트로 구성.
      • 기본논리 회로가 내장되어 있는 것 의미.
    • 중규모 집적회로 (MSI : Medium Scale Integrated circuit)
      • 10~100(10~102)개 미만의 게이트로 구성.
    • 대규모 집적회로(LSI : Large Scale Integrated circuit)
      • 100~10,000(102~104)개 미만의 게이트로 구성.
      • 컴퓨터 기억장치, 계산기 같은 기능 구현.
    • 초대규모 집적회로 (VLSI :Very Large Scale Integrated circuit)
      • 10,000~1,000,000(104~106)개 미만의 게이트로 구성.
      • 초대규모 기억장치나 복잡한 마이크로 프로세서 구현.

컴퓨터 구조론

1 5 4
1.5 집 적 회 로 (4)
  • 회로의 집적도에 따른 분류
    • 울트라 집적회로 (ULSI :Ultra Large Scale Integrated circuit)

* 1,000,000~100,000,000(106~108)개 미만의 게이트로 구성.

    • 기가 집적회로 (GSI :Giga Scale Integrated circuit)

* 100,000,000~10,000,000,000(108~1010)개 미만 게이트로 구성.

    • 테라 집적회로 (TSI :Tera Scale Integrated circuit)

* 10,000,000,000(1010)개 이상의 게이트로 구성.

컴퓨터 구조론

1 5 5
1.5 집 적 회 로 (5)
  • TTL(Transistor-Transistor Logic)
    • 가장 많이 사용되고있는 논리군으로, DTL로부터 성능향상을 위해 다이오드를 트랜지스터로 바꾼 것.
    • 구성
      • 개방 컬렉터(open collector output) 출력 : 컬렉터가 개방되어 있기 때문에 사용 시 외부 드라이브 저항이 필요.
      • 토템폴(totem-pole) 출력 : TTL의 표준출력. 전파지연이 감소되고 fan-out이 크며 출력 전력이 높다.
      • 3-상태(Tri-state) 출력 : 개방 컬렉터 출력에서 두 개 이상의 컬렉터 게이트의 출력을 묶어서 공통 저항을 통해 전원에 연결함으로써 외부적으로는 AND기능을 수행하게 되며, wire-AND라 한다.

컴퓨터 구조론

1 5 6
1.5 집 적 회 로 (6)
  • ECL(Emitter-Coupling Logic)
    • 슈퍼 컴퓨터 신호 처리기 같은 고속 회로에 이용.
    • ECL 게이트의 트랜지스터는 불포화 상태에서 동작한다.(1~2 nano second의 지연시간을 가짐.)
    • ECL 게이트의 기호

컴퓨터 구조론

1 5 7
1.5 집 적 회 로 (7)
  • MOS(Metal-Oxide Semiconductor)
    • MOS에는 전자와 홀의 두개의 반송자 중 하나의 반송자에 의하여 전류가 흐르는 단극성 트랜지스터가 사용되는 NMOS가 대부분이다.
    • 정상동작을 위해 두개의 반송자를 쓰는 ECL과 TTL 게이트의 쌍극 트랜지스터와 구별.
    • 장점
      • 주어진 칩 영역에 좀 더 많은 회로를 집적할 수 있는 고밀도 패킹.
      • IC제조 기술이 좀더 간단하고 경제적.
      • 전력소비가 쌍극성에 비해서 적다.

컴퓨터 구조론

1 5 8
1.5 집 적 회 로 (8)

(a) n 채널 MOS구조 (b) n 채널 MOS 기호

컴퓨터 구조론

1 5 9
1.5 집 적 회 로 (9)
  • CMOS(Complemented Metal-Oxide Semiconductor)
    • 주로 저 전력 소모가 요구되는 시스템에 사용.
    • 회로의 밀도가 높고 제조 공정이 단순하며, 전력 소비가 적어 경제적이다.
    • 4000B series
      • 40xx, 45xx 로 시작하는 논리소자
      • 속도가 느리고, 래치업이 자주 발생
    • HC series
      • High speed CMOS
      • LS TTL과 유사한 사양을 가짐
    • HCT series
      • 입력문턱 전압을 TTL 전위에 맞춘 것.

[ CMOS 기호 ]

컴퓨터 구조론