컴퓨터 시스템

시스템이란 무엇인가

  • 시스템(System)이란 어떤 특정한 목적을 달성하기 위해 여러 가지 요소들이 유기적으로 연결되어 있는 것
  • 유기적이라는 뜻은, 연결된 요소들 중 하나라도 제대로 작동하지 않으면 목적을 달성할 수 없다는 의미

컴퓨터 시스템이란 무엇인가

  • 컴퓨터의 목적이 자료를 처리하는 것이라고 전제할 때,
  • 컴퓨터 시스템이란 자료를 처리하기 위해 컴퓨터 시스템의 구성 요소들이 상호 연결되어 있는 것

컴퓨터 시스템의 구성 요소

  1. 하드웨어 (Hardware)
  2. 소프트웨어 (Software)
  3. 데이터 (Data)
  4. 사용자 (Operator)

1. 하드웨어

  • 기계를 구성하고 있는 모든 물리적 기계장치 및 전자장치
  • 컴퓨터의 핵심 장치는 폰 노이만 모델에서 제시한 4개의 서브시스템에 해당

2. 소프트웨어

  • 모든 프로그램을 총체적으로 표현하는 용어
  • 프로그램이란, 컴퓨터가 어떻게 처리할 것인가를 규정하는 명령어의 나열
  • 컴퓨터가 이해할 수 있도록 표현된 알고리즘
  • 효과적인 자료 처리를 위해서는 하드웨어에 적합한 소프트웨어를 사용해야 한다

소프트웨어의 분류

시스템 소프트웨어

  • 컴퓨터 자체의 작업 관리와 특정 기능의 수행을 통해 컴퓨터의 전체적인 운영을 담당
  • 운영체제, 컴파일러, 각종 유틸리티 프로그램 등

응용 소프트웨어

  • 사용자가 요구하는 작업을 직접적으로 수행하는 프로그램
  • 워드프로세스, 데이터베이스 프로그램, 그래픽 프로그램 등

3. 데이터

  • 모든 자료는 비트 패턴으로 표현 (이는 내장 프로그램도 마찬가지)
  • 비트 패턴이란, 이진 상태를 나타내는 비트인 0과 1이 나열된 형태
  • 실제 폰 노이만 모델에서는 자료의 표현 및 저장 형태에 대해서는 정의하고 있지 않음
  • 자료의 입출력을 위해서는 적절한 형태로의 변환이 필요

4. 사용자

  • 컴퓨터의 설계부터 효율적인 이용에 이르기까지 전반적인 자료 처리를 담당
  • 해당 과정에서 유능하고 지식이 풍부한 사람의 적극적인 개입이 필요

폰 노이만(John von Neumann) 모델

  • 컴퓨터의 내부 구조와 처리 과정을 정의한 모델
  • 모든 컴퓨터는 폰 노이만 모델을 기반으로 함
  • 4개의 서브시스템
    1. 산술논리연산장치
    2. 제어장치
    3. 기억장치
    4. 입출력장치
  • 중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)은 산술논리연산장치와 제어장치를 통칭

산술논리연산장치 (ALU, Arithmetic and Logic Unit)

  • 자료에 대한 산술 연산과 논리 연산의 수행을 통해 직접적인 자료 처리가 이루어지는 장치

제어장치 (CU, Control Unit)

컴퓨터의 기억장치, 산순논리연산장치(ALU), 입출력 장치의 동작을 제어하는 장치

기억장치 (Memory Unit)

  • 기억장치는 주기억장치와 보조기억장치로 분류
  • 처리할 데이터와 처리를 담당하는 프로그램이 저장되는 장소

입출력 장치(Input & Output Devices)

  • 입력 장치의 예: 키보드, 마우스, 마이크
  • 출력 장치의 예: 모니터, 프린터, 스피커
  • 보조기억장치 역시 용도에 따라 입력 또는 출력 장치로 분류할 수 있다

폰 노이만 모델의 주요 개념

내장 프로그램 (stored-program)

  • 실행될 프로그램은 메모리에 저장되어야 한다
  • 초기 컴퓨터(ENIAC)에서는 데이터만 저장되고, 프로그램은 컴퓨터 외부에서 표현
  • 결과적으로, 프로그램과 데이터는 동일한 형식으로 메모리에 표현된다
  • 이 패턴은 비트 패턴(bit pattern)에 해당한다. 즉, 프로그램과 데이터는 모두 0과 1로 표현

프로그램은 명령어의 나열이다

  • 미리 정의된 유한 개의 기본 명령어의 조합으로 프로그램을 구성한다
  • 메모리에서 한 번에 하나씩 명령어를 가져와서 해석하고 실행된다
  • 명령어의 재사용을 통해 프로그래밍 작업이 간단해진다
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