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01강　컴퓨터시스템의구조.md

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🦄 컴퓨터시스템의 구조 (1 / 13회차)


교재연습문제

1.1 아래 용어들의 의미를 설명하라.

  1. 시스템 버스
  2. VLSI
  3. 폰노이만 아키텍처
  4. 기억장치 액세스

1.2 16비트 명령어에서 7비트는 연산 코드로 사용되고, 나머지 비트들은 오퍼랜드로 사용된다.

  1. CPU가 수행할 수 있는 연산의 종류는 최대 몇 가지인가?
  2. 오퍼랜드가 기억장치 주소를 가리키고 각 기억 장소에는 한 바이트씩 저장된다면, 이 명령어에 의해 직접 주소지정 될 수 있는 기억장치의 최대용량은 몇바이트인가?

1.3 그림 1-6과 같은 구성에서 CPU와 기억장치 간에 접속된 데이터 버스는 16 비트이고，주소 버스는 12비트라고 가정하자.

  1. CPU가 기억장치로부터 한 번에 읽어올 수 있는 데이터는 몇 바이트인가?
  2. 기억장치의 각 주소에 16비트씩 저장된다면， 이 컴퓨터에 접속될 수 있 는 기억장치의 최대 용량은 몇 바이트인가?

1.4 그림 1-6과 같은 구성에서 데이터 버스가 32비트이며， 기억장치의 용량은 64 KByte라면. CPU와 기억장치 간에 접속되는 시스템 버스는 모두 몇 비트로 이루어져야 하는가? 단, 기억장치의 주소는 바이트 단위로 지정된다.

1.5 CPU가 프린터를 이용하여 데이터를 프린트하는 과정에 대한 흐름도를 그림 1-9와 같은 형태로 표현하라.

1.6 그림 1-11의 Analylical Engine의 기본 구조에서 아래의 컴퓨터 구성 요소에 대응되는 부분의 명칭을 쓰라.

  1. CPU
  2. 주기억장치
  3. 입력매체
  4. 출력장치

1.7 다음과 같은 분류에 속하는 컴퓨터들의 주요 용도를 두 가지씩 열거하라.

  1. 임베디드 컴퓨터
  2. 슈퍼미니컴퓨터
  3. 슈퍼컴퓨터

1.8 클러스터 컴퓨터에서 클러스터 미들웨어(cluster middleware)의 주요 기능에 대하여 설명하라.

1.9 슈퍼컴퓨터 평가 웹사이트(www.top500.org)의 TOP500 LlST를 검색하여, 현재 시점에서 1위부터 5위까지 랭크된 슈퍼컴퓨터들의 명칭을 나열하라.


1.1 컴퓨터의 기본 구조　 gaekim

  1. 컴퓨터에서 중추적인 기능을 수행하는 ___는 프로그램 실행과 데이터 처리를 담당하고 있다.

  2. CPU가 한 번에 처리하는 데이터의 길이에 따라 8비트, 32비트, 64비트 컴퓨터로 분류된다. (O / X)

  3. 기억장치는 특성과 속도 및 용도에 따라 주기억장치와 보조저장장치로 나누어지는데, 주기억장치 / 보조기억장치는 프로그램 실행 중에만 사용되는 일시적인 기억장치이고, 주기억장치 / 보조기억장치는 영구적인 저장능력을 가진 기억장치이다.

  4. ______의 예시로는 하드디스크와 SSD가 있다.

📄 답지

  1. 컴퓨터에서 중추적인 기능을 수행하는 CPU(Central Processing Unit)는 프로그램 실행과 데이터 처리를 담당하고 있다.

    CPU는 프로세서라고도 불리며, CPU가 처리해야할 코드와 데이터는 기억장치[저장장치]에 저장되어 있다.

  2. CPU가 한 번에 처리하는 데이터의 길이에 따라 8비트, 32비트, 64비트 컴퓨터로 분류된다. (O)

    추가적으로 컴퓨터의 이론적인 처리 속도는 CPU의 성능에 의해 결정된다. (단, 실제 속도는 시스템 내의 다른 요소들의 영향을 받아 약간 더 낮아질 수 있음)

  3. 기억장치는 특성과 속도 및 용도에 따라 주기억장치와 보조저장장치로 나누어지는데, 주기억장치는 프로그램 실행 중에만 사용되는 일시적인 기억장치이고, 보조기억장치는 영구적인 저장능력을 가진 기억장치이다.

  4. 보조기억장치의 예시로는 하드디스크와 SSD가 있다.

    주기억장치: ROM, RAM
    보조기억장치: 하드디스크, SSD, CD 등



1.2 정보의 표현과 저장　 secho

컴퓨터 구조

1번

C, C++, Python로 작성된 고급언어(소스코드)는 1)____를 통해 HW가 이해할 수 있는 언어로 번역된다.

이를 2)___라고한다.

이 2)___는 CPU마다 서로 다른데, 이런 언어차이를 해결하기 위해서 고급어와 2)___ 사이의 3)____가 존재한다.

고-급언어 프로그램이 컴퓨터에서 처리되기 위해서 ____프로그램 -> ___ 프로그램으로 번역되어야 한다.

어셈블리 명령어 구조는 두가지로 나뉘는데, 어떤 연산을 수행하라고 지정해주는 Opcode, 그리고 Opcode에 의해 연산될 데이터가 저장되어있는 주소를 가리키는 Operand로 구성되어있다.

ex ) ADD A, 0x01

  • ADD(opcode) - 레지스터 A에 적재해라
  • 0x01에 저장된 내용을 읽어서

왜 어셈블리?

  • 기계어로 변환된 상태에서는 원래의 소스코드로 되돌리기 매우 힘들지만 어셈블리어에서는 코드로 되돌리는 것이 가능하다(번역에 가깝다) 따라서 어셈블리어를 사용하면 이미 컴파일된 실행 파일을 분석하고 기능을 추가하거나 뺼 수 있다.
📄 답지

1번

C, C++, Python로 작성된 고급언어(소스코드)는 1)컴파일러를 통해 HW가 이해할 수 있는 언어로 번역된다.

이를 2)기계어라고한다.

이 2)기계어는 CPU마다 서로 다른데, 이런 언어차이를 해결하기 위해서 고급어와 2)기계어 사이의 3)어셈블리 Language가 존재한다.

고-급언어 프로그램이 컴퓨터에서 처리되기 위해서 3)어셈블리 프로그램 -> 2)기계어 프로그램으로 번역되어야 한다.



1.3 시스템의 구성　yeha

  1. 다음 보기들을 간단히 설명해보세요.
  • 시스템 버스
  • 주소 버스
  • 데이터 버스
  • 제어 버스
  1. 다음 중 시스템 버스에 속하지 않는 것은 무엇일까요?
  • 주소 버스
  • 데이터 버스
  • I/O버스
  • 제어 버스

  1. Memory Read 할 때 메인 메모리가 아니라 캐시(Cache)로 먼저 전송되는 이유는 무엇일까요?

  2. 메인 메모리 (Main Memory)와 SSD가 액세스(access)될 때 그 방식에 차이가 있습니다. 어떤 차이일까요?

  3. I/O 디바이스 컨트롤러 (Device Controller) 에는 두 개의 레지스터가 존재합니다. 무엇일까요?

📄 답지
  1. 다음 보기들을 간단히 설명해보세요.
  • 시스템 버스
  • 주소 버스
  • 데이터 버스
  • 제어 버스

정답 : 시스템 버스 (system bus) : CPU와 시스템 내 다른 요소들 간의 정보교환 통로
주소 버스 (address bus) : CPU가 외부로 발생하는 주소 정보를 전송하는 신호 선들의 집합. 단방향성(uni-directional). CPU에서 발생 ——(주소 정보)-—> 기억장치, I/O장치
데이터 버스 (data bus) : CPU가 기억장치 혹은 I/O 장치와의 사이에 데이터를 전송하기 위한 신호 선들의 집합. 양방향성(bi-directional transfer). 읽기와 쓰기 동작 모두 지원하기 때문.
제어 버스 (control bus) : CPU가 시스템 내의 각종 요소들의 동작을 제어하는데 필요한 신호 선들의 집합

  1. 다음 중 시스템 버스에 속하지 않는 것은 무엇일까요?
  • 주소 버스
  • 데이터 버스
  • I/O버스
  • 제어 버스

정답 : I/O버스

  1. Memory Read 할 때 메인 메모리가 아니라 캐시(Cache)로 먼저 전송되는 이유는 무엇일까요?

정답 : 캐시에 저장된 데이터는 메인 메모리에 저장된 데이터 중 CPU가 금방 읽을 것같은, 그럴 가능성이 높은 데이터들이다.
캐시에서 먼저 검색하고 그 캐시 안에 데이터가 있으면 데이터 버스를 통해서 CPU로 전해주고 Read가 끝난다.

  1. 메인 메모리 (Main Memory)와 SSD가 액세스(access)될 때 그 방식에 차이가 있습니다. 어떤 차이일까요?

정답 : 메인 메모리 : 시스템 버스(System Bus)에 직접 연결됨. CPU가 레지스터를 통해 액세스함. 등등
SSD : 별도의 컨트롤러를 통해 시스템 버스에 액세스함. 직접 액세스 하지 못함. 등등
왜? SSD를 총괄하는 표준을 만들 수 없어서 컨트롤러를 둠

  1. I/O 디바이스 컨트롤러 (Device Controller) 에는 두 개의 레지스터가 존재합니다. 무엇일까요?

정답 : 상태 레지스터 (status register), 데이터 레지스터(data register)
상태 레지스터 (status register) : I/O 장치의 상태를 나타내는 비트들을 저장하는 레지스터
데이터 레지스터(data register) : CPU와 I/O 장치 간의 임시 데이터 기억장치



1.4 컴퓨터 구조의 발전과정 (간단히)　 kukim

  1. 다음 중에서 폰 노이만이 제안한 설계 개념의 핵심 내용에 해당하는 것은?

    • 가. 제어 카드와 연산 카드를 사용한다.
    • 나. ALU를 사용하여 연산을 처리한다.
    • 다. 프로그램과 데이터를 내부에 저장한다.
    • 라. 명령어를 선인출한다.

  2. 폰 노이만 구조에 기반한 컴퓨터들은 프로그램 코드를 기억장치에 저장된 순서대로 읽어서 실행한다. 이와 관련된 CPU 내부 레지스터는 다음 중에서 어느것인가?

    • 가. 프로그램 카운터
    • 나. 누산기
    • 다. 명령어 레지스터
    • 라. MAR

  3. 다음 컴퓨터 부품들 중에서 컴퓨터의 세대를 분류하는 기준이 되지 않는 것은?

    • 가. 트랜지스터
    • 나. 집적회로 (IC)
    • 다. LSI
    • 라. VLSI

  4. 다음 중에서 IC의 출현에 의해 나타난 특징이라고 볼 수 없는 것은?

    • 가. 대량 생산이 용이해졌다.
    • 나. 가격이 높아졌다.
    • 다. 신뢰도가 높아졌다.
    • 라. 컴퓨터의 크기가 감소하였다.
📄 답지

  1. 다음 중에서 폰 노이만이 제안한 설계 개념의 핵심 내용에 해당하는 것은?

    • 가. 제어 카드와 연산 카드를 사용한다.
    • 나. ALU를 사용하여 연산을 처리한다.
    • 다. 프로그램과 데이터를 내부에 저장한다.
    • 라. 명령어를 선인출한다.
    • 정답 : 다 - 프로그램과 데이터를 내부에 저장한다 → 폰노이만 이전 컴퓨터들은 속도가 매우 느렸고 프로그램을 저장하고 변경하는 것이 불가능 했는데 프로그램과 데이터를 기억장치에 저장하고 변경하여 Stored-program 개념을 사용하였다. 그 특징으로는 2진수 체계를 사용하며 프로그램과 데이터를 내부에 저장하는 것이다.

  2. 폰노이만 구조에 기반한 컴퓨터들은 프로그램 코드를 기억장치에 저장된 순서대로 읽어서 실행한다. 이와 관련된 CPU 내부 레지스터는 다음 중에서 어느것인가?

    • 가. 프로그램 카운터
    • 나. 누산기
    • 다. 명령어 레지스터
    • 라. MAR
    • 정답 : 가 - 프로그램 카운터(PC)

  3. 다음 컴퓨터 부품들 중에서 컴퓨터의 세대를 분류하는 기준이 되지 않는 것은?

    • 가. 트랜지스터
    • 나. 집적회로 (IC)
    • 다. LSI
    • 라. VLSI
    • 정답 : 라 - VLSI,
      • 1세대 : 진공관, 2세대 : 트랜지스터. 3세대 : 집적회로(IC) , 4세대 : LSI(Large Scale IC), 마이크로프로세서

  4. 다음 중에서 IC의 출현에 의해 나타난 특징이라고 볼 수 없는 것은?

    • 가. 대량 생산이 용이해졌다.
    • 나. 가격이 높아졌다.
    • 다. 신뢰도가 높아졌다.
    • 라. 컴퓨터의 크기가 감소하였다.
    • 정답 : 나 - 가격이 높아졌다. → 가격이 낮아졌다.