제 3과목 - 컴퓨터의 구성요소[하드웨어]

1. 하드웨어(Hardware) (1) 컴퓨터의 5대 기능 입력기능 : 컴퓨터 외부의 데이터를 컴퓨터 내부로 읽어오는 기능 출력기능 : 컴퓨터 내부의 정보를 컴퓨터 외부로 꺼내는 기능 기억기능 : 프로그램이나 데이터를 저장하는 기능 연산기능 : 사칙연산, 논리연산, 비교, 판단 기능 제어기능 : 입력, 출력, 연산, 기억 기능을 제어하고 감독하는 기능 (2) 중앙처리장치(CPU) 산술논리 연산장치(ALU)와 제어장치로 구성 인간의 뇌에 해당하는 컴퓨터 시스템의 핵심장치 산술 및 논리연산을 담당    1) CPU의 처리속도에 영향을 미치는 요소들 워드 크기 : CPU가 한 번에 처리하는 정보의 단위 버스 : 메인보드 통로를 통해 CPU와 필요한 정보를 주고받을 수 있는 통로를 의미하며, 버스의 종류로는 16비트 ISA 방식, 32비트 VESA 방식, PCI 방식 등이 있음 주메모리 크기 : 메모리가 부족하면 하드디스크의 일부를 주메모리처럼 사용하게 되어 처리속도가 느려지게 되고, 주 메모리가 크면 다양한 기능을 가진 소프트웨어와 데이터를 한꺼번에 처리할 수 있어 수행속도가 빨라지게 됨 클럭 속도 : CPU가 동작하는 클럭 속도를 메가헤르츠(MHz)로 나타내는데, 이는 초당 백만 개의 사이클을 의미하며 수치가 클수록 정보를 주고받는 속도가 빠름을 의미 캐시메모리 : CPU와 DRAM으로 구성된 주기억장치와의 처리속도 차를 줄이기 위해 SRAM으로 구성된 캐시 메모리를 두어 CPU의 작업을 돕는 데 사용함 수치연산 보조 프로세서 : CPU가 복잡한 통계처리나 CAD와 같은 설계 작업을 수행하다 보면 처리속도가 느려지게 되는데, 보조 프로세서를 추가하면 처리속도가 빨라짐    2) CISC와 RISC 마이크로프로세서의 특징 ① CISC 중앙처리장치(CPU)용 명령어 집합이 커서 많은 명령어들을 프로그래머에게 제공해주므로 프로그래머의 작업을 쉽게 해줌 구조가 복잡하므로 생산단가가 비싸며 전력소모가 큼 ② RISC 전력소모가 적고 CISC 구조보다 처리속도가 빠름 필수적인 명령어들만 제공되므로 CISC구조보다 덜 복잡하고 생산단가가 낮음 복잡한 연산을 수행하기 위해서는 RISC가 제공하는 명령어들을 반복수행해야 하므로 프로그래머의 작업이 복잡한 단점이 있음 중형 컴퓨터나 UNIX 워크스테이션과 같은 고급 마이크로 컴퓨터들이나 몇몇의 프린터 등에 사용되고 있음 (3) 제어장치와 연산장치    1) 제어장치(Control Unit) 입출력장치와 기억장치 및 연산장치 등을 제어 디코더(Decoder)를 통해서 명령어를 해독하고 제어 신호에 따라 동작하는가를 감시, 감독 사용 레지스터의 종류 : 프로그램 카운터(PC), 명령 레지스터(IR), 명령 해독기, 기억번지 레지스터(MAR), 기억버퍼 레지스터(MBR) 등    2) 연산장치(ALU ; Arithmetic & Logic Unit) 자료의 비교, 판단과 산술연산, 논리연산, 관계연산, 이동 등을 수행 사용 레지스터의 종류 : 누산기, 데이터 레지스터, 가산기, 상태 레지스터 등 (4) 레지스터와 버스의 이해    1) 레지스터(Register) 데이터를 일시적으로 기억할 수 있는 중앙처리장치내의 임시 기억장치 ■ 레지스터의 종류 누산기(Accumulator) : 연산기의 입출력 데이터를 임시적으로 기억하는 연산용 레지스터 프로그램 카운터(Program Counter) : 프로그램의 수행 순서를 제어하는 레지스터로, 다음에 실행할 명령의 번지 기억 명령어 레지스터(Instruction Register) : 현재 수행중인 명령의 내용을 기억하는 레지스터 메모리 주소 레지스터(MAR ; Memory Address Register) : 기억장소의 번지(주소)를 기억하는 레지스터 메모리 버퍼 레지스터(Memory Buffer Register) : 기억장치를 통해 접근되는 CPU의 레지스터 상태 레지스터(Status Register) : CPU에서 수행되는 연산에 관련된 여러가지 상태 정보를 기억하기 위해 사용되는 레지스터    2) 버스(Bus) 메인보드 통로를 통해 CPU와 필요한 정보를 주고받을 수 있는 통로 CPU 내부에서 레지스터들을 연결하는 내부 버스와 CPU와 기억장치, CPU와 입출력장치들 간을 연결하는 외부 버스가 있음 외부 버스의 종류 : 데이터 버스, 주소 버스, 제어 버스 버스의 발달 과정 : ISA 버스 → VESA 로컬 버스 → PCI 버스 (5) 주기억장치 프로그램이나 데이터를 기억하는 곳으로 기억공간의 크기에 제한을 받지만 처리속도가 빠르며, ROM과 RAM으로 구성되어 있음    1) ROM (Read Only Memory) 기억되어 있는 데이터를 읽기만 가능한 비취발성 메모리 ■ ROM의 종류와 특성 MASK ROM : 한번 기억된 내용은 변경할 수 없는 메모리로, 컴퓨터 제조회사에서 제작해줌 PROM(Programmable ROM) : 한 번에 한해서 사용자가 원하는 정보를 기록할 수 있는 메모리 EPROM(Erasable PROM) : ROM Writer에 의해 데이터를 기록하고, 자외선과 같은 특수 장치를 사용해서 내용을 지우고, 새로 프로그램을 등록할 수 있는 메모리 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) : 전기적으로 기억된 내용을 지울 수 있어 여러 번 쓰고 지울 수 있는 메모리    2) RAM(Random Access Memory) 전원이 ON 상태일 경우에 한해서 읽고 쓰기가 가능한 휘발성 메모리 ■ RAM의 종류 DRAM : 전원이 켜진(ON) 상태라 해도 일정시간이 지나면 전하가 방전되므로 주기적인 재충전(Refresh)이 필요한 휘발성 메모리 SRAM : 전원이 공급되는 동안에는 기억 내용이 그대로 유지되는 휘발성 메모리로, DRAM 보다 구조가 복잡하며 전력소모가 많음 ■ SRAM과 DRAM의 차이 구 분 SRAM DRAM 사용 범위 캐시 메모리 주기억장치 가격 비싸다 싸다 속도 빠르다 느리다 구조 복잡하다 단순하다 용량 작다 크다 (6) 기타 기억장치    1) 플래시 메모리(Flash Memory) 플래시 EEPROM이라고도 하며, RAM처럼 저장된 정보를 변경하거나 ROM처럼 한번 기억된 정보를 유지할 수 있는 장점이 있음 전원과 무고나하게 기록된 내용이 유지되는 비휘발성 메모리 휴대용 컴퓨터나 노트북의 하드디스크 역할 또는 BIOS 같이 작은 양의 정보를 기록하는 역할 수행 전기적으로 기억된 정보를 삭제하고, 다른 정보를 써넣을 수 있음    2) 캐시 메모리(Cache Memory) CPU와 DRAM으로 구성된 주기억장치와 처리속도 차를 줄이기 위해 SRAM으로 구성된 캐시 메모리를 두어 CUP의 작업을 돕는 데 사용    3) 가상 기억장치(Virtual Memory) 기억장치의 용량을 더 크게 사용하기 위한 것으로 디스크의 메모리를 주기억장치와 같이 사용할 수 있도록 하는 것    4) 연관 기억장치(Associative Memory) CAM(Content Addressable Memory)라고도 하며 기억된 내용 일부를 이용하여 데이터에 직접 접근할 수 있는 메모리 (7) 입력장치 스캐너(Scanner) : 빛의 반사 작용을 이용해서 사진이나 그림 등의 디지털 데이터로 변화하는데 사용되는 입력장치 태블릿(Tablet) : CAD/CAM이나 설계도면, 지도와 같이 정밀하고 복잡한 데이터를 입력할 때 사용하는 장치로, 입력받을 데이터를 올려놓은 테이블과 입력 펜 또는 마우스 등으로 구성되어 있음 디지타이저(Digitizer) : 문자나 도형의 위치 좌표를 디지털적으로 검출하여 정보를 입출력하는 장치 마우스(Mouse) : 모니터 화면상에 나타나 있는 내용 중 원하는 항목으로 선택하기 위해 사용되는 입력장치 트랙볼(Trackball) : 마우스와 유사한 것으로 볼을 돌려 볼이 이동한 거리만큼 화면에서 커서 이동 가능 터치패드(Touch Pad) : 패드에 손가락으로 그림을 그리듯이 움직이면, 포인터가 손가락을 따라 움직이게 되며 작업을 수행함 광펜(Light pen) : 펜 모양의 입력장치로 화면에 나타나는 정보를 선택하거나 직접 그리거나 써서 컴퓨터에 입력하는 전자장치 바코드(Bar-code) : 굵기가 서로 다른 선을 조합시켜 코드화해서 특정 물품들을 구분하기 위해 사용함(예 : 슈퍼마켓이나 백화점 등에서 물품관리에 이용) 터치 스크린(Touch Screen) : 접촉식 화면이라는 뜻으로 키보드나 마우스의 조작 없이 사람이 손가락으로 화면에서 물체를 선택하여 데이터를 입력할 수 있게 하는 장치 키보드(Keyboard) : 가장 많이 사용하는 표준 입력장치 중 하나로 키보드 판에 있는 문자나 숫자를 손으로 눌러 데이터를 입력하는 장치 광학마크 판독기(OMR) : 컴퓨터용 연필이나 싸인펜으로 특정 형식의 용지나 카드에 데이터를 고아학적으로 판독하여 컴퓨터에 입력하는 장치(예 : 수학능력시험 답안 등에 활용) 자기잉크문자 판독기(MICR) : 자성 잉크를 사용해서 인쇄된 문자들을 판독 헤드가 지나면서 신호를 감지하여 판독하는 장치(예 : 자기앞 수표, 지로 영수증 등에 활용) (8) 출력장치 플로터(Plotter) : 펜을 상하좌우로 움직여가면서 단순 문자에서부터 그래프나 도형, 복잡한 설계 도면까지 인쇄 용지에 출력할 때 사용하는 장치 표시장치 : 화면에 내용을 표시하는 장치로 PC에서는 CRT 디스플레이, 액정(LCD) 디스플레이, 플라즈마 디스플레이를 주로 사용함 프린터(Printer) : 컴퓨터로 작업한 내용을 종이에 인쇄하는 장치로, 크게 충격식과 비충격식 프린터로 분류함 마이크로필름 출력장치(COM) : 컴퓨터로 작업한 내용을 저장하는 장치 중 하나로 많은 양의 정보를 작은 부피로 보관 및 관리하기가 용이 (9) 보조기억장치 주기억장치를 보조해주는 기억장치로 대량의 데이터를 저장할 수 있으며 자기테이프, 자기디스크, 자기드럼, 광디스크 등이 있음 주기억장치에 비해 처리속도가 느리고, 반영구적으로 저장 가능 처리속도 : 자기드럼 > 자기디스크 > 자기테이프 기억용량 : 자기테이프 > 자기디스크 > 자기드럼 자기디스크, 자기테이프, 자기드럼, 광디스크 등은 입출력 겸용장치이면서 보조기억장치로 사용    1) 자기디스크(Magnetic Disk) ■ 자기디스크의 구성 요소 트랙(Track) : 디스크상의 동심원을 의미 실린더(Cylinder) : 디스크의 중심 축으로부터 동일한 거리에 위치하고 있는 트랙의 모임 섹터(Sector) : 실제 데이터가 기록되는 위치로 트랙을 여러 구역으로 분리한 것 읽고/쓰기 헤드(Read/Write Head) : 디스크에 데이터를 읽거나 쓰기 위한 장치 액추에이터(Actuator) : 디스크상에 있는 자료를 꺼내기 위해 읽기/쓰기 헤드를 이동시키는 데 사용되는 장치 디스크 팩(Disk pack) : 여러 장의 디스크를 하나로 묶어 사용하는 것 프로그램 라이브러리 여러 사용자들이 공유할 수 있도록 여러 유형의 프로그램들을 저장해두는 것으로, 가격도 적당하고 임의 접근이 가능한 자기디스크를 많이 사용함    2) 자기 테이프(Magnetic Tape) 롤리에스테르 필름의 표면에 자성 물질을 입힌 대용량의 저장매체로 순차처리만 가능 IBG(Inter Block Gap) : 블록과 블록 사이의 공백 IRG(Inter Record Gap) : 레코드와 레코드 사이의 공백 트랙(Track) : 7 또는 9 트랙으로 구성 Read/Write Head : 정보를 읽고 쓸 수 있는 헤드 BOT(Beginning of Tape) : 테이프의 끝 위치를 나타냄 EOT(End of Tape) : 테이프의 시작 위치를 나타냄 BPI(Byte(Bit) Per Inch) : 기록밀도로, 1인치에 기록할 수 있는 문자 수(또는 비트 수) TPI(Track Per Inch) : 1인치에 기록되는 트랙 수 TM(Tape Mark) : 특수문자 1개로 레이블과 파일을 구분하기 위해 사용    3) 자기드럼(Magnetic Drum) 직경 20~30cm인 금속 원통의 표면에 자성 물질을 입힌 것으로, 수십에서 수백 개의 읽고/쓰기 헤드가 각 트랙마다 고정된 형태로 배치되어 있어 데이터를 액세스하는데 자기디스크나 자기테이프보다 빠름 순차처리와 비순차처리 모두 가능    4) 하드디스크(Hard Disk) 개인용 컴퓨터에 가장 많이 사용되는 고정디스크 장치로, 대용량의 데이터를 비순차적으로 처리가 가능하며 처리속도가 빠름    5) 광자기디스크(MOD : Magneto Optical Disk) CD-ROM과 유사한 기억장치로 레이저를 이용해서 하드디스크나 플로피디스크보다 작은 면적에 대용량의 데이터 기록 가능 데이터 전송속도는 하드디스크와 유사하지만 데이터를 저장할 때에는 이전의 데이터를 지운 다음 저장하게 되므로 속도가 느림    6) CD-ROM(Compack-Disk Read Only Memory) 600MB 이상의 데이터를 저장 가능한 읽기 전용 저장 매체 플라스틱 원판에 금속 표면을 입힌 CD-ROM의 직경은 12cm, 두께는 1.2mm로 연속된 나선형의 트랙을 사용하며, 섹터의 길이가 일정함 하드디스크에 비해 처리속도가 느림    7) WORM(Write-Once Read Many Disk) CD 보조기억장치나 파일링 시스템에 사용되는 저장매체로, 한 번 저장된 내용은 변경이 불가능하며, 대용량의 데이터를 영구적이면서 보다 안정되게 보존할 수 있음 ■ 저장매체의 종류 자기 저장장치 : 플로피디스크, 하드디스크, 자기테이프, 자기디스크 광 저장장치 : CD-ROM, WORM, 광자기디스크