컴퓨터의이해

03강-처리장치와 데이터처리

2026-03-03

처리장치 개요: CPU와 주기억장치

  • CPU(중앙처리장치): 주기억장치의 명령어를 가져와 해석·실행하고, 결과를 저장/출력하는 중심 장치
  • 주기억장치(Main Memory): 프로그램(명령어)과 데이터가 저장되는 공간

CPU의 구성 요소

  • 제어장치(Control Unit)
    • 명령어 인출(fetch)·해독(decode)·실행(execute) 흐름을 제어
    • 데이터 이동, 입출력 제어 등 “컴퓨터가 움직이도록” 조정
  • 산술논리연산장치(ALU)
    • 산술(+ − × ÷), 논리(and/or/not), 비교, 시프트 등의 연산 수행
  • 레지스터(Register)
    • CPU 내부의 아주 작은 고속 저장소
    • 연산에 필요한 값/중간 결과를 임시로 보관

CPU 발전과 마이크로프로세서

  • 마이크로프로세서: CPU 기능을 칩 하나에 집적한 것
    • CPU를 소형화 → 컴퓨터 제작이 쉬워지고 개인용 컴퓨터 확산에 기여
  • 트랜지스터 집적도 증가 → 성능 향상(기하급수적 발전 흐름)
  • 최근에는 CPU 외에 그래픽 처리 중심의 GPU도 중요한 역할로 부상

데이터 표현: 수치 데이터

  • 컴퓨터는 기본적으로 0과 1(이진) 으로 정보를 표현
  • 십진수 → 이진수 변환 예:
    • 10(십진) = 1010(이진)
      • 1010 = 1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 0×2⁰ = 8 + 2
  • 워드(word): 보통 4바이트(32비트) 를 많이 사용
    • 맨 앞 1비트를 부호로 쓰면, 나머지 31비트로 수 표현 범위가 결정됨(강의 설명 흐름)

16진수(Hex)

  • 0 ~ 15를 한 자리로 표현(10 ~ 15는 A~F)
  • 이진수 표현이 길어지는 문제를 줄여 표현이 효율적이라 자주 사용

데이터 표현: 문자 데이터

  • 문자는 바이트 단위(비트 조합)로 숫자를 부여해 표현
  • 비트 수가 늘수록 표현 가능한 문자 수가 증가
    • 8비트 → 2⁸ = 256가지

ASCII

  • 초기 표준 문자 코드
  • 7비트로 128문자(1비트는 검증용으로 쓰는 방식이 있었음)

Unicode

  • 전 세계 언어/문자 표현을 위해 확장
  • 강의에서는 16비트(2바이트) 기반(2¹⁶ = 65,536) 로 소개

주기억장치 기초: 단위와 성능 요소

저장 단위

  • KB, MB, GB, TB, PB …
  • 엄밀히는 2의 거듭제곱(예: 1KB=1024B) 기반으로도 설명됨(강의 언급)

접근 시간(호출시간)

  • 속도 단위: 초 → ms(10⁻³) → μs(10⁻⁶) → ns(10⁻⁹) → ps(10⁻¹²)
  • 좋은 메모리의 조건(강의 요지)
    • 접근 시간 짧음
    • 용량 큼(또는 같은 용량 대비 부피/가격 유리)
    • 전력 소모 적음
    • 안정적(비트 상태 유지), 신뢰성 높음
    • 가격 저렴

CPU가 명령어를 처리하는 방식

  • 고급언어로 작성된 프로그램은 컴파일러 등을 통해 기계어(0/1) 로 변환되어 주기억장치에 저장됨
  • 명령어 구조(개념)
    • 명령부(opcode) + 오퍼랜드부(operand)

예: sum = a + b

  • 메모리 어딘가에 변수 a, b, sum이 저장됨(각각 주소를 가짐)
  • 처리 흐름(강의 예시 취지)
    • a 값을 레지스터로 이동
    • b 값을 더함(ALU)
    • 결과를 sum 주소에 저장

핵심: 실제 연산은 CPU 내부(레지스터/ALU)에서 빠르게 이루어지고, 메모리는 값의 저장/제공 역할을 함.

주기억장치의 발전 과정

  • 초기: 진공관 기반(크고, 열/전력 소모 크고, 고장 많고 비쌈)
  • 이후: 자기코어 메모리
    • 전류 방향으로 0/1 표현
    • 전원이 꺼져도 데이터 유지 가능
  • 현재 주류: 반도체 메모리
    • 집적 기술 발전으로 고속·소형·저전력·저비용·고신뢰성
    • 접근 속도: 자기코어(마이크로초) 대비 반도체(나노초)로 설명

RAM, ROM, 캐시

  • RAM(주기억장치로 주로 사용)
    • 전원이 꺼지면 데이터 소실(휘발성)
    • DRAM: 주기억장치에 많이 사용, 리프레시 필요
    • SRAM: 리프레시 불필요, 빠르지만 비싸서 캐시에 주로 사용
  • ROM
    • 읽기 중심(제조 시 기록된 펌웨어 등)
    • 가전제품/임베디드 장치의 기본 프로그램 저장에 유용
  • 캐시 메모리
    • CPU와 주기억장치 속도 차이를 줄이기 위한 중간 고속 메모리
    • 자주 쓰는 데이터/명령을 가까이에 두어 성능 향상

입력–처리–출력 전체 흐름

  • 입력장치 → 주기억장치 저장 → CPU가 명령어/데이터를 가져와 처리 → 결과를
    • 출력장치로 내보내거나
    • 보조기억장치에 저장

정리

  • 처리장치의 핵심은 CPU(제어장치·ALU·레지스터) 와 주기억장치
  • 데이터는 이진 기반으로 표현되며, 16진수/문자코드(ASCII/Unicode)가 실용적으로 사용됨
  • 주기억장치는 진공관 → 자기코어 → 반도체로 발전하며 속도·용량·가격이 개선
  • RAM/ROM/캐시의 역할 차이를 이해하면 컴퓨터 동작이 정리됨