컴퓨터시스템은 기본적으로 하드웨어와 시스템 소프트웨어로 구성된다.
- 하드웨어는 컴퓨터의 물리적인 장치이다.
- 소프트웨어는 하드웨어의 동작을 제어하고 지시하는 프로그램이다.
01) 컴퓨터시스템의 구성요소
- 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit)
: 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 장치로 제어 장치, 산술논리 연산 장치, 레지스터로 이루어져 있다.
: 입력 장치를 통해 입력받은 데이터를 산술논리 연산 장치에서 처리한 후
출력 장치와 기억 장치로 보내는 제어 처리 과정을 수행한다.
- 제어 장치(Control Device)
: CPU 내부에서 일어나는 모든 작업을 통제하고 관리한다.
- 산술논리 연산 장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)
: 산술 연산(사칙 연산)과 논리 연산(참과 거짓을 판별하는 연산)을 수행하는 장치이다.
- 기억 장치(Memory Device)
: 프로그램 및 프로그램을 수행하는 데 필요한 데이터를 저장한다.
: 내부 기억 장치 ; CPU 내의 레지스터와 캐시 기억 장치, 주기억 장치
: 외부 기억 장치 ; 보조 기억 장치(하드 디스크, 플로피 디스크, CD-ROM, DVD)
* 주기억 장치(Main Memory)
: 프로그램 실행 중에 일시적으로만 사용되는 휘발성 메모리로서 고속으로 액세스가 가능하다.
: RAM(Random Access Memory)은 DRAM과 SRAM으로 구분된다.
: 주기억 장치에는 DRAM을 사용, 고속 기억 장치에는 SRAM을 사용한다.
* 보조 기억 장치(Secondary Memory)
: 하드디스크나 SSD, CD-ROM 같은 비휘발성 메모리이다.
: CPU와 직접적인 데이터 교환이 불가능하다.
- 입출력 장치(Input/Output Device)
* 입력 장치
: 데이터를 받아들이는 장치로서
키보드, 마우스, 스캐너, 마이크, 조이스틱, 카메라 등의
기본 입력 장치와 다양한 센서를 이용한 입력 장치가 있다.
* 출력 장치
: 컴퓨터 내부에서 처리된 결과를 사용자가
보거나 들을 수 있게 해주는 장치로서
모니터, 프린터, 스피커와 헤드폰 등이 있다.
- 소프트웨어(Software)
: 컴퓨터 프로그램과 이와 관련된 문서를 총칭한다.
: 시스템 소프트웨어와 응용 소프트웨어로 구분한다.
* 시스템 소프트웨어(System Software)
; 컴퓨터 시스템을 제어하고 운영하는 프로그램이다.
운영체제와 컴파일러, 유틸리티 등이 있다.
* 응용 소프트웨어(Application Software)
; 응용 분야에서 특정 목적을 위해 사용하는 프로그램이다.
크롬이나 익스플로러, 동영상 플레이어, 파워포인트 등이 있다.
* 컴퓨터의 발전 과정
; 기계식 계산기의 발전 과정
1. 파스칼린 (Pascaline)
- 1645년 프랑스의 과학자 파스칼(Blaise Pascal)이
톱니바퀴를 이용하여 개발한 최초의 기계식 계산기이다.
덧셈과 뺄셈이 가능하여 올림수의 자동 처리,
덧셈의 연속 처리를 통한 곱셈 연산, 음수의 보수화 표현 등의 기능을 갖추었다.
2. 가감승제 계산기 (Calculating Machine)
- 1671년 독일의 수학자
라이프니츠(Gottfried Wilhelm Leibniz)가 개발한 것으로,
덧셈과 뺄셈뿐만 아니라 곱셈과 나눗셈도 가능했다.
오늘날 탁상용 계산기의 초기 모델이다.
3. 차분 기관 (Difference Engine)
- 1823년 케임브리지대학의
배비지(Charles Babbage) 교수가 개발한 것으로,
사람이 관여하지 않아도 계산한 결과를 출력했다.
소수점 이하 유효 숫자 다섯 자리까지 정확한 수치표를
자동으로 생성하여 출력함으로써 삼각함수를 계산할 수 있었다.
4. 분석 기관 (Analytical Engine)
- 1834년 배비지가 설계한 것으로,
천공카드 입력 시스템과 밀(Mill)이라는
기억 장치 및 연산 장치로 구성되어 어떠한 산술 연산도
자동으로 처리할 수 있었다.
즉 데이터 입력 장치, 산술 연산 장치, 기억 장치, 출력 장치 등
오늘날 컴퓨터의 기능을 모두 갖추고 있었다.
5. 천공카드 데이터 처리 (Punched Card Data Processing)
- 1890년 통계학자 홀러리트(Herman Hollerith)가
미국의 인구 조사 자료를 처리하기 위해 개발했다.
천공카드를 사용한 데이터 입력 기술이 응용된 첫 번째 기계로,
필요한 내용을 코드화한 후 카드에 구멍을 뚫어 표시하고
이를 기호로 전자적으로 처리했다.
6. 마크 I (Mark I)
- 1944년 에이큰(Howard Aiken) 교수가 개발한 최초의 기계식 계산기로,
배비지의 해석 기관이 설계된 지 100년 후 디지털 컴퓨터로 구현된 것이다.
7. 아타나소프-베리 컴퓨터 (Atanasoff-Berry Computer)
- 1942년 아타나소프(John Vincent Atanasoff) 교수와
제자 베리(Clifford Berry)가 순차 방식과 2진 체계의
진공관 방식을 혼합하여 개발한 컴퓨터이다.
이 전자식 계산 원리는 전자식 디지털 컴퓨터의 발달에 크게 기여하였다.
8. ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator)
- 1946년 펜타곤 계약을 수주한 펜실베이니아 대학교의
묵클리(John Presper Eckert)와
모클리(John William Mauchly)가 개발한 것으로,
최초의 전자식 디지털 컴퓨터이다.
진공관 18,000여 개를 사용하여 무게가 30톤에 달하고
집채만한 거대한 데다 프로그램을 수행하려면
수천 개의 스위치를 조정해야 하는 번거로움이 있었으나,
이러한 단점에도 불구하고
최초의 전자식 디지털 컴퓨터로서의 발달에 중요한 역할을 하였다.
9. EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer)
- 1945년 폰 노이만(Johann Ludwig von Neumann)이 제안한 것으로
오늘날 컴퓨터의 기본 개념이 되었다.
1949년 윌크스(Maurice Vincent Wilkes)가
동료들과 함께 케임브리지대학에서
최초로 프로그램 내장 방식의 EDSAC을 개발했다.
컴퓨터에 기억 장치를 장착하고
프로그램과 함께 데이터를 기억 장치에 저장함으로써
컴퓨터가 프로그램에 포함된 명령에 따라 자동으로 작업을 처리하는 방식이다.
10. EDVAC (Electronic Discrete Variables Automatic Computer)
- 1952년 미국에서 최초로 프로그램 내장 방식을 도입한 컴퓨터이다.
대용량 저장이 가능했고, 2만여 개의 진공관을 저장할 수 있는
보조 기억 장치가 있었으며,
최초로 프로그램 명령어를 10진법이 아닌 2진법으로 표현했다.
11. UNIVAC I (Universal Automatic Computer I)
- 1951년 순수 데이터 처리용으로 개발된 최초의 상용용 컴퓨터로
미국 인구조사통계국에서 이용했다.
또한 1954년 미국의 제네럴일렉트릭 전기 공장에서
최초의 기업체에서 사용한 상용 컴퓨터로,
당시 테이프를 이용하여 데이터를 저장하고
이를 비즈니스 데이터 처리에 사용했다는 점에서 컴퓨터 상업화의 큰 의미가 있었다.
12. IBM 701
- 1952년 IBM이 개발한 것으로,
주기억 장치가 CRT(Cathode-Ray Tube)이고
자기 테이프가 자기 테이프를 보조 기억 장치로 채택하였다.
이로써 본격적인 상업용 컴퓨터 시대가 열렸다.
* 컴퓨터의 분류
- 컴퓨터의 분류
기준 | 종류
----------- | ---------------------------------------
사용 목적 | 전용 컴퓨터, 범용 컴퓨터
데이터 형태 | 디지털 컴퓨터, 아날로그 컴퓨터, 하이브리드 컴퓨터
처리 능력 | 마이크로컴퓨터, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 슈퍼컴퓨터
구조 | 파이프라인 슈퍼컴퓨터, 대규모 병렬 컴퓨터
- 사용 목적에 따른 분류
: 전용 컴퓨터(Special Purpose Computer)
; 특정 목적을 위해 설계된 컴퓨터로,
군사용이나 공장의 공정 제어용 등
한정된 목적에 사용되고 대개 일체형으로 제작한다.
: 범용 컴퓨터(General Purpose Computer)
; 여러 분야의 다양한 일을 처리할 수 있도록
설계 및 제작된 컴퓨터로 과학 계산, 사무 처리 분야에 주로 사용된다.
- 데이터 형태에 따른 분류
: 디지털 컴퓨터
; 모든 정보를 2진수의 데이터로 부호화하여 사용한다.
대부분의 컴퓨터가 이에 해당한다.
: 아날로그 컴퓨터
; 연속적인 물리량으로 표시되는 아날로그 신호를 데이터로 이용한다.
: 하이브리드 컴퓨터
; 아날로그와 디지털의 장점을 취한 것으로 어떤 종류의 데이터도 처리할 수 있다.
- 처리 능력에 따른 분류
: 처리 능력에 따른 분류는 CPU와 기억 장치의 규모에 따른 분류이다.
: 마이크로컴퓨터(Microcomputer)
; 마이크로프로세서의 집적회로를 사용하여 부피가 작고 저렴하며 대량 생산된다.
: 미니컴퓨터(Minicomputer)
; 속도가 빠른 주변 장치가 있어 다수의 이용자가 이용할 수 있다.
: 메인프레임 컴퓨터(Main Frame Computer)
; 대용량 저장 장치가 있어 다중 입출력 채널을
이용한 고속 입출력 처리가 가능하므로 많은 작업을 신속하게 처리할 수 있다.
: 슈퍼컴퓨터(Supercomputer)
; 복잡한 계산을 초고속으로 처리하는 초대형 컴퓨터로 가장 빠르고 비싸다.
- 구조에 따른 분류
: 파이프라인 슈퍼컴퓨터(Pipeline Supercomputer)
; CPU 하나에 다수의 연산 장치가 포함된 컴퓨터로, 고속 벡터 계산이 가능하다.
: 대규모 병렬 컴퓨터(Massively Parallel Computer)
; 시스템 하나에 상호 연결된 수백 개
또는 수천 개 이상의 프로세서가 있으며, 하나의 큰 작업을 나누어서 병렬로 처리한다.