처리장치와 데이터

처리장치

컴퓨터 시스템의 데이터 처리에서 입력, 처리, 출력은 기본적인 처리과정으로, 입력장치-> 주기억장치로 읽어들여서 기억된다.

주기억장치에 기억된 데이터는 프로그램에 의해 처리된다. 처리된결과는 출력장치에 보내져 출력된다.

데이터가 처리된때 마다 그 데이터는 먼저 주기억장치에 저장되고 제어장치네에 있는 전자회로가 프로그램에 있는 명령어를 번역하여 산술논리 연산장치로 처리하게된다.

- 중앙처리장치 ( CPU)

중앙처리장치는 제어장치 , 산술논리연산장치 (ALU : Arithmetic and Logic Unit) 로 구성된다,

1971년 인텔社 최초의 마이크로 프로세서 4비트 4004 개발

처리를 실행하는 전자회로, 레지스터가 들어가있다.

- 산술논리장치 (ALU) : 가감승제 및 논리명령(논리, 비교, Shift)을 수행하는 전자회로

- 제어장치 : 컴퓨터 시스템 전체를 지시, 감독 하며 조정하는 회로

※ 프로세서 레지스터 : 처리할 명령어를 저장하는 회로

컴퓨터의 명령어의 실행은 CPU중 제어장치가 주기억장치에게 명령어를 가져다가(fetch)명령어 레지스터 (IR : Instruction Register)에 넣어두는 동작으로 이루어진다. 

 주기억장치 : 데이터를 기억시키고 기억된 데이터를 처리

중앙처리장치(CPU ) 는 컴퓨터의 가장중요한 부분으로, 프로그램명령어를 해석하고, 명령어가 명시한대로 계산하고 데이터를 이동시키며, 시스템 입출력을 담당한다.

 현재 정보통신사업은 모든형태의 정보기술이 하나로 통합되고 연결되어 가고있는 추세이다. 처리장치의 발달, 중앙처리장치의 눈부신 성능 향상과 주기억장치의 기술진보라 할수있다.

1946년 개발된 길이 24m, 높이 2.5m 너비가 수미터인 애니악(ENIAC)은 세계최초의 대형 전자식 디지털 컴퓨터다.

1998년 컴팩社 알파 21264 와 같은 중앙처리장치들은 1990년 슈퍼컴퓨터 성능을 능가하고, 최초의 상업용 컴퓨터 유니백 원 (UNIVAC I) 에 비해 무려 10억 대 1의 가격 및 성능을 구현할정도로 발전하였다.

데이터의 저장과 표현

현대의 컴퓨터 시스템은 데이터를 전자적으로 기억한다.

 - 데이터의 기본표현방법

주기억장치 내부에 기억된 데이터의 기본단위는 bit(Binary Digit) 다. 

1 bit 는 0, 1 만 표현할수있다.

8bit = 1byte 

1byte : 정보의 최소표현 방법

- 수치데이터의 표현

 사람의 일상 데이터 표현법 : 10진법

152의 수의 표현 10의 기저(Base)를 나타낸다.

 컴퓨터의 데이터 표현법 : 2진법

컴퓨터 응용에서 수치값보다 문자를 다루어야할 경우가 많이발생한다.

문자 , 기호 를 표시하는데 코드가 사용되었다. 초창기의 컴퓨터는 6비트로 사용되었으나, 현재는 8비트 , 16비트를 이용해 문자및 기호를 표현하고있다.

1. BCD 코드 (Binary Coded Decimal) : 6비트를 사용하여 정보와 문자를 표현한다.

표현의 개수 64개 ()

2. ASCII (American Standard Code for Information Interchange ): 8비트로 구성 , 7비트 (사용)+ 1비트(판별 parity bit) 사용하여 정보와 문자를 표현한다. ( 타국가의 언어는 표현불가능)

표현의 개수 256개 ()

미국정보교환 표준코드 ,  개인용컴퓨터 및 데이터 통신용으로 사용.

3. UNICODE  : 16비트를 사용하여 정보와 문자를 표현한다. 국제표준의 코드 (타국의 문자표현이 가능)

표현의 개수 65,536개 ()

다양한 언어를 표현가능하다.

표준유니코드의 개발로 세계모든 지역들의 국제적 통신교류목적 으로 언어한계 없이 소프트웨어 개발가능

주기억장치 주소와 데이터 저장

주기억장치는 입력된 데이터를  차례대로 기억하고 데이터가 들어있는 기억장소를 직접 찾아가기위해 바이트(Byte) , 워드 (Word) 단위로 기억장치를 분할하여 주소를 할당하여 사용하고 있다.

기억 용량 단위

1 byte = 8 bit (하나의 문자표현 ,유니코드는 16bit, 2Byte 를 사용한다.)

1 KB(Kilo Byte) = 1,024 byte  

1 MB(Kilo Byte) = 1,024 KB   

1 GB(Kilo Byte) = 1,024 MB 

1 TB(Kilo Byte) = 1,024 GB 

1 PB(Kilo Byte) = 1,024 TB 

호출 시간 단위

 

 (밀리초 )

 (마이크로초

 ( 나노 초)

 (피코초)

좋은기억소자 

1. 비트당 가격이 저렴
2. 호출시간이 짧음
3. 부피가 작다
4. 무게가 가볍다
5. 전력소모가 적다
6. 비트상태의 안정성이 좋다

데이터 의 출력순서

입력장치로 부터 데이터를 읽는다 -> 해독하여 단일 주소에 저장한다. -> 주기억장치에서 주소값의 데이터를 읽어온다.-> 고급언어로 작성한 프로그램 실행 -> 기계어로 번역 -> 주기억장치 저장 -> CPU 처리.

컴퓨터 명령어의 형태와 실행

컴퓨터 프로그램은 데이터를 처리하기 위하여 컴퓨터 전자회로를 조정하는 명령어로 이루어져 있다. 

인간이 고급언어로 작성한 프로그램은 실행을 위해기계어로 번역된후 주기억장치에 저장된다.

 개념내용

ex ) 인텔 프로세서중심으로 'SUM = A + B ' 실행 

SUM = A + B    
/*
 MOV , ADD  명령어
 AX    레지스터
 SUM , A  , B    주기억장치의 위치를 나타내는 주소 (변수)

*/

MOV AX,  A     // AX 레지스터에 A 주소값을 저장한다.
ADD AX,  B     // AX 레지스터에 저장된값과 B 주소값더한후 저장한다.
MOV SUM, AX    // SUM 주소값에  AX레지스터의 저장된값을 SUM 변수에 주소값을 옮기는명령

명령어 형태는 고급언어는 거의 값으나 CPU 에 따라 저급언어인 어셈블리어, 기계어는 다를수가 있다.

기억장치의 발달과정과 반도체 기억장치

초기의 컴퓨터의 주기억장치는 진공관으로 구성되었다.

진공관은 열을 많이 발산하고 너무크고 조화있게 구성할수없었고 고장이 빈번하였다.

1950년 포레스터와 연구팀은 자기코어 기억장치를 개발하였다.

- 자기코어

기억소자로 지름이 0.3 ~ 0.5 mm 인 작은 고리모양의 자성물질, 페라이트로 제작

전류가 오른쪽으로 흐르면 1(True)  , 왼쪽으로 흐르면 0 (False) 

전원이 꺼져도 기억이 된다.

- 반도체 기억장치

 오늘날의 반도체 기억장치가 컴퓨터 시스템에 많이 사용되고있다.

트랜지스터의 기술발달로인해 소형화 추세로 시작되었고,

1960년대 1,000개의 회로소자 에서 2000년대는 1,000억개 이상의 소자를 하나의 작은 칩에 저장할정도로 급속히 발전했다. 

앞으로 광소자, 조셉슨소자, 갈륨비소자등이 기억장치 제조기술에 이용될경우 집적도는 더욱높아질것이다.

장점:

1. 빠르다
2. 경제적이다.
3. 열발산이 낮다
4. 신뢰성이 높다

단점:

계속적으로 전류공급이 필요로하다. 전류공급이 끊길경우 데이터 손실이 일어난다.

- 반도체기억장치의 종류

RAM (Random Access Memory) 

1. SRAM ( static Random Access Memory) : 전원이 공급되는 한 내용이 그대로 유지됨

주로 캐시메모리 로 이용되며 속도가 빠르나 가격이 비싸다.

2. DRAM ( Dynamic Random Access Memory) : 전원이 공급되더라도 내용의 소멸을 방지하기위해 계속 리프레싱을 요구

주로 주기억장치로 많이 이용되고있다.

ROM (Read Only Memory)

메모리가 제작될때 데이터를 이안에 기록되며, 변경이 불가능하며 오직 읽을수만 있다.

PROM (Programmable ROM ) 컴퓨터 시스템의 일부분으로 사용할때는 ROM 과 같은 기능수행

최근 많이 사용하고 있는 플래쉬 메모리는 사용가 쉽게 내용을 변경할수있게 만든 비휘발성 메모리다. 충격에 강하고 값이 싸 이동용 메모리로 많이 사용하고 있다.

컴퓨터의 성능향상을 위해 캐시메모리를 마이크로 프로세서 칩안에 내장시키는 방향으로 발전하고 있다.

- 데이터 처리 과정

데이터처리과정은  입력, 처리 출력으로 이루어진다.

입력장치에서 데이터를 얻어 처리장치에 데이터를 전달해준다.

처리장치에선 입력받은 데이터를 가공하고 보조기억장치에 저장 하거나 정보를 검색한다.

출력장치에서 처리장치에서 가공된 정보를 전달 및 표시한다.

데이터 처리의 단위

데이터의 처리단위는 필드가 가장작은 단위이다.

여러 필드가 모여 레코드가 된다.

레코드들이 모여서 파일이된다.

파일은 데이터를 주기억장치로 읽어드리기 위해 OMR , OCR 카드, 자기테이프, 자기디스크등을 사용한다.

기록매체는 한번에 하나의 레코드씩 처리장치안에있는 주기억장치로 읽어들인다.

- 데이터 입력

데이터를 처리하기위해선 처리해야할 데이터가 주기억장치에 입력되어야한다.

직접입력

키보드, 음성, 터치스크린 등, 사용자가 직접 입력하는경우

컴퓨터시스템이 읽을수있는 매체사용

OMR, OCR MICR 카드, 자기테이프, 자기디스크를 이용해 광학매체에 수록하는방법

- 데이터처리

 데이터가 주기억장치에 기억되면 주기억장치안에 있는 프로그램 제어하에 데이터를 처리한다.

컴퓨터 명령수행과정 : 

1. 명령어를 나타내는 프로그램과 처리될 데이터를 주기억장치에 저장

2. 하나의 명령어를 제어장치에 가져와 해석

3. 해석된 명령어 지시대로 주기억장치에 옮겨 연산

4. 수행결과를 주기억장치를 통해 출력장치로 보내 보조기억장치에 저장.

- 결과출력

 컴퓨터 시스템을이용해 데이터를 필요에때라 출력한다. 

1. 출력장치를 이용해 출력하는방법과

2. 나중사용을위해 보조기억장치에 출력하여 저장하는 방법이 있다.