시스템 기초1- 컴퓨터 구조

 

비전공자, 무경력자인 내가 정보보안 공부를 시작하게 됐다. 티스토리나 노션 등 본인의 자료들을 모으며 포트폴리오를 만들어야 한다는 이야기를 들어 나도 앞으로 학습하는 내용들을 올려보고자 한다. 티스토리에 정리하는 게 아직 익숙치 않지만 차차 정리하면서 적응해봐야겠다. 오늘은 컴퓨터 구조에 대해 학습했다.

1. 시스템(System)

시스템이란 컴퓨터 전체를 의미하는 개념입니다.

즉 다음 두 가지가 함께 구성됩니다.

• 하드웨어 : CPU, RAM, SSD 같은 물리적인 장치
• 소프트웨어 : 운영체제, 프로그램 등

2. 디지털 컴퓨터

디지털 컴퓨터는 0과 1의 이진수 데이터를 이용해 연산을 수행하는 컴퓨터입니다.

모든 데이터는 내부적으로 다음과 같이 처리됩니다.

0 = 전기 신호 없음
1 = 전기 신호 있음

 

3. 마이크로 컴퓨터

마이크로 컴퓨터는 개인이 사용하는 소형 컴퓨터를 의미합니다.

대표적인 예시는 다음과 같습니다.

• 데스크탑 PC
• 노트북

4. 컴퓨터의 종류

컴퓨터는 목적에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.

PC (Personal Computer)
개인이 사용하는 컴퓨터

서버(Server)
여러 사용자의 요청을 처리하는 컴퓨터

5. 폰 노이만 시스템 구조

현대 컴퓨터는 대부분 폰 노이만 구조(Von Neumann Architecture)를 기반으로 합니다.

이 구조는 다음 요소로 구성됩니다.

• CPU
• 메모리
• 입력장치
• 출력장치
• 버스

6. 버스(Bus)

버스는 컴퓨터 내부에서 데이터를 이동시키는 통로입니다.

버스의 종류는 다음과 같습니다.

• 데이터 버스 : 데이터 전달
• 주소 버스 : 메모리 주소 전달
• 제어 버스 : 제어 신호 전달

7. CPU (Central Processing Unit)

CPU는 컴퓨터에서 모든 계산과 명령을 처리하는 중앙 처리 장치입니다.
보통 컴퓨터의 두뇌라고 불립니다.

CPU는 다음과 같은 구성요소로 이루어져 있습니다.

1) 산술논리 유닛 (ALU)

ALU는 Arithmetic Logic Unit의 약자입니다.

역할은 다음과 같습니다.

• 덧셈
• 뺄셈
• 논리 연산

즉, 실제 계산을 수행하는 장치입니다.

 

2) 제어 유닛 (Control Unit)

제어 유닛은 명령어를 해석하고 데이터 흐름을 제어하는 역할을 합니다.

CPU 내부에서 다른 장치들과 버스를 통해 데이터를 주고받는 역할을 합니다.

 

3) 캐시(Cache)

캐시는 CPU와 RAM 사이에 존재하는 고속 메모리입니다.

자주 사용하는 데이터를 저장하여 CPU의 처리 속도를 높여주는 역할을 합니다.

 

4) 레지스터(Register)

레지스터는 CPU 내부에 존재하는 매우 빠른 임시 저장 공간입니다.

대표적인 레지스터는 다음과 같습니다.

PC (Program Counter)
다음에 실행할 명령어의 주소를 저장

MAR (Memory Address Register)
메모리 주소를 저장

MDR (Memory Data Register)
메모리에서 읽어온 데이터를 저장

AC (Accumulator)
연산 결과를 저장

 

8. 메인보드(Motherboard)

메인보드는 컴퓨터의 모든 부품을 연결하는 인쇄 회로 기판입니다.

CPU, RAM, 저장장치 등이 모두 메인보드에 연결됩니다.

메인보드는 크게 두 가지 칩셋으로 구성됩니다.

• 노스브릿지
• 사우스브릿지

노스브릿지 (Northbridge)

노스브릿지는 고속 장치들을 연결하는 역할을 합니다.

대표적으로 다음 장치들이 연결됩니다.

• CPU
• RAM
• GPU

사우스브릿지 (Southbridge)

사우스브릿지는 상대적으로 속도가 느린 장치들을 연결하는 역할을 합니다.

예시

• BIOS
• PCI
• HDD
• USB

 

9. 주요 하드웨어 개념

CPU

컴퓨터에서 모든 계산과 명령을 처리하는 중앙 처리 장치

RAM

RAM은 컴퓨터가 현재 작업 중인 데이터를 잠시 저장하는 메모리입니다.

쉽게 말해 컴퓨터의 작업 책상과 같습니다.

특징

• 휘발성 메모리
• 전원이 꺼지면 데이터가 사라짐

GPU

GPU는 그래픽과 영상 연산을 빠르게 처리하는 그래픽 전용 프로세서입니다.

주로 다음 작업에 사용됩니다.

• 게임 그래픽 처리
• 영상 렌더링
• AI 연산

 

10. BIOS

BIOS는 컴퓨터 전원을 켰을 때 가장 먼저 실행되는 프로그램입니다.

역할

1. 하드웨어 정상 동작 확인
2. 운영체제 실행

BIOS는 펌웨어(Firmware) 형태로 저장됩니다.

 

11. 펌웨어(Firmware)

펌웨어는 하드웨어 내부에 저장되어 장치를 제어하는 기본 프로그램입니다.

대표적인 예

• BIOS
• 공유기 운영체제

 

12. USB

USB는 Universal Serial Bus의 약자입니다.

컴퓨터와 주변 장치를 연결하는 범용 인터페이스입니다.

 

13. 저장장치 인터페이스

저장장치는 연결 방식에 따라 다음과 같이 나뉩니다.

SATA

주로 사용되는 저장장치 인터페이스입니다.

대표 장치

• HDD
• SSD

NVMe (M.2)

SSD 전용 인터페이스로 매우 빠른 속도를 제공합니다.

최근 개인용 컴퓨터에서 많이 사용됩니다.

 

14. 메모리 반도체

메모리는 크게 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리로 나눌 수 있습니다.

휘발성 메모리
전원이 꺼지면 데이터가 사라짐

비휘발성 메모리
전원이 꺼져도 데이터 유지

RAM

휘발성 메모리

ROM

비휘발성 메모리

주로 펌웨어 저장에 사용됩니다.

플래시 메모리

읽기와 쓰기가 가능하지만
덮어쓰기 전에 지우기(erase) 과정이 필요합니다.

플래시 메모리는 두 가지로 나뉩니다.

NOR Flash

특징

• 코드 실행 가능
• 펌웨어 저장에 사용

예

• BIOS

NAND Flash

특징

• 대용량 저장
• 빠른 쓰기 속도

사용

• SSD
• USB

 

15. 저장장치 종류

HDD (Hard Disk Drive)

특징

• 비휘발성 저장장치
• 자기 기록 방식
• SATA 인터페이스 사용

SSD (Solid State Drive)

특징

• 반도체 기반 저장장치
• HDD보다 훨씬 빠른 속도
• NVMe(M.2) 인터페이스 사용 가능

 

16. 인터페이스 방식

GUI

GUI는 Graphical User Interface의 약자입니다.

아이콘과 마우스를 사용하는 인터페이스입니다.

예

• Windows
• MacOS

CLI

CLI는 Command Line Interface입니다.

명령어를 입력하여 사용하는 인터페이스입니다.

예

ls
cd
mkdir

 

 

자투리 필기

• CPU = 계산
• RAM = 작업 공간
• SSD/HDD = 데이터 저장