제 1강. 전자계산기 일반

[정석호(컴샘)]

전자계산기 일반

(1) 전자계산기구성 : 하드웨어(CPU, 주변장치), 소프트웨어(시스템, 응용 S/W)

(2) 전자계산기5대장치 : 제어, 연산, 기억, 입력, 출력

(3) 특징 : 신속, 범용, 호환, 정확, 대용량, 자동성(창의성, 창조성 등은 없음)

(4) 컴퓨터의 수동성 의미 : GIGO(Garbage In Garbage Out)

(5) CPU의 성능단위 : MIPS(Million Instruction Per Second)

(6) 전자계산기 발달과정(시대 순으로)

① 바베지 : 차분기관, 해석기관 →현대식 계산기의 기본원리 개념 확립

② 홀러리스 : 천공카드(PCS) → 인구조사와 국세조사에 이용

③ 에이컨 : MARK-I → 최초의 기계식 자동계산기

④ 에커트, 머클리 : ENIAC → 세계 최초의 전자계산기(진공관사용)

⑤ 모리스, 윌키스 : EDSAC → 프로그램 내장방식 최초 도입

⑥ EDVAC → 프로그램 내장방식 실용(폰노이만)

⑦ 에커트, 머클리 : UNIVAC-I → 최초의 상업용 계산기

※ 폰노이만 : 프로그램 내장방식 제창 → 주기억장치에 저장시켜 처리하는 방식

⑧ 전자계산기 개발순서 : ENIAC(애니악) → EDSAC(애니삭) → EDVAC(애드박) → UNIVAC-I(유니박 원)

 (7) 전자계산기 세대별 분류 

구 분	1세대	2세대	3세대	4세대	5세대
주요소자	진공관	트랜지스터	집적회로	고밀도집적	초고밀도집적
처리속도	ms(10-3)	㎲(10-6)	ns(10-9)	ps(10-12)	fs(10-15)

(8) 처리데이터에 의한 분류 

	아날로그	디지털
입  력	연속적인 물리량	숫자 또는 문자
출  력	그래프, 곡선	숫자 또는 문자
연  산	미적분	사칙연산
회  로	증폭회로	논리회로
정밀도	0.01%	필요한 자리까지

(9) 마이크로프로세서 : 일반적으로 중앙처리장치와 LSI 1～2개를 하나의 칩에 결합해 기능을 수행

(10) 컴퓨터의 기억용량

① KB(10³) → MB(10⁶) → GB(10⁹) → TB(10¹²)

② 1KB = 1024Byte(영문 1자 : 1Byte, 한글 한자 : 2Byte)

(11) 처리속도 단위

※ ms(10^-3) → ㎲(10^-6) → ns(10^-9) → ps(10^-12) → fs(10^-15) → as(10^-18)

(12) 제어장치 : 컴퓨터 각 장치들의 동작을 감독 지시하는 역할 수행

  ① 명령계수기(PC, IC) : 다음에 실행할 명령어의 주소 보관

  ② 명령레지스터(IR) : 현재 실행중인 명령을 보관

  ③ 명령해독기 : 명령을 해독하고 필요한 실행신호 보관

(13) 연산장치 : 제어장치에 의해 산술 및 논리연산을 수행

  ① 가산기 : 2진수의 덧셈

② 누산기(Accumulator) : 산술 및 논리연산의 결과를 임시보관

(14) 기억장치 : 입력장치로 읽어들인 프로그램, DATA, 결과를 기억

  ① 주기억장치 : 입력된 자료, 프로그램을 기억(RAM, ROM)

  ② 보조기억장치 : 내용을 영구히 기억(자기디스크, 드럼, 테이프)

(15) 입력장치 : 마우스, 광전펜, 스캐너, OMR, OCR, MICR, 카드판독기, 바코드리더, 디지타이저

※ 카드판독기 용어

① 호퍼(Hopper) : 입력할 카드를 쌓아둔 곳

② 스태커(Stacker) : 읽은 카드를 쌓아둔 곳

(16) 출력장치 : 모니터, 천공카드, 종이테이프천공기, 프린터, COM

  ① 천공카드 한 컬럼은 : 12bit 로 구성

※ 인쇄 속도 단위

  ① CPS(Character Per Second) : 1초 동안 인쇄되는 문자 수

  ② LPM(Line Per Minute) : 1분 동안 인쇄되는 라인(줄, 행) 수

  ③ PPM(Page Per Minute) : 1분 동안 인쇄되는 페이지의 수

(17) 시스템 성능평가 기준 : 처리능력, 응답시간, 사용가능도, 신뢰도

(18) 운영체제의 3대 자원 : 인적, 소프트웨어, 하드웨어 자원

(19) 운영체제의 구성

 

제어프로그램	처리프로그램
감시감독, 데이터관리, 작업관리	언어번역, 문제처리 ,서비스

(20) 언어번역 : 사용자가 작성한 원시프로그램을 컴퓨터가 이해할 수 있는 목적프로그램으로 변환

① 어셈블러 : 어셈블리어로 작성된 원시언어를 기계어로 번역(저급언어)

② 컴파일러 : 고급언어(C, 코볼, 파스칼, 포트란 등)로 작성된 원시언어를 기계어로 변환(고급언어)

※ 번역과정

① 원시프로그램→번역(어셈블러, 컴파일러)→목적프로그램→연계편집(Linkage Editor)→로드모듈(실행가능 P/G)→로더(적재기)→Run(실행)

② 인터프리터 : 베이직(BASIC), 리스트(LIST), 스노볼(SNOBOL) 등의 원시 언어를 줄 단위로 변환 후 바로 실행하는 프로그램(목적프로그램 생성 안 됨)

(21) 운영체제 운영방식

  ① 단일처리 : 주기억 장치에 하나의 프로그램만 수행

  ② 일괄처리(Batch Processing System) : 일정기간동안 데이터 자료를 모아 한꺼번에 처리

  ③ 실시간처리(On-line Real Time System) : 데이터가 발생하는 즉시 처리

④ 다중프로그래밍(Multi Programming) : 하나의 CPU가 2개 이상의 프로그램을 처리

⑤ 다중처리(Multi Processing) : 2개 이상의 CPU가 여러 개의 작업을 처리

※ 실시간처리 시스템의 종류 : 조회, 거래 데이터, 메시지교환 방식

(22) 운영체제의 용어

  - Overlay : 긴 프로그램을 분할하여 실행

  - Spooling : CPU와 입출력장치사의 속도차이 수행

  - Dead Lock : 둘이상의 프로세스들이 다른 프로세스가 차지하고 있는 자원을 무한정 기다리는 상태

  - Relocation : 현 장소에서 다른 장소로 프로그램을 재배치

(23) 드모르강의 정리 : (X+Y) = X․Y      (X․Y) = X+Y

(24) 조합논리회로

① 반가산기 : 두 비트의 합(Sum)과 자리올림(Carry)를 발생하는 회로

※ Sum = AB + AB  = A㊉ B        Carry = AB

② 전가산기 : 두 개의 반가산기와 한 개의 OR 회로로 구성

③ 엔코더 : 2진수로 부호화, 2n개의 입력 -> n개 출력 , OR회로 구성

④ 디코더 : 10진 코드와 같이 이해할 수 있는 형태로 해독, n개 입력 -> 2n개 출력, AND 회로 구성

(25) 순차논리회로

① RS 플립플롭 : 두 비트에 동시에 1이면 출력은 불능상태

② JK 플립플롭 : RS의 불능상태를 보완한 회로, 두 비트 1일 때 반전

③ T 플립플롭 : 입력이 0=>상태유지 1=>보수출력

(26) 연산 : 수치연산(Shift), 비수치연산(MOVE, Complement, AND, OR, Rotate)

① 우측 시프트 : 원래의 값에 2의 비트 이동수승만큼 나눈 값

ex) n비트 우측이동하면 "원래 값 / 2n", 우측 이동한 비트는 절삭

② 좌측 시프트 : 원래의 값에 2의 비트 이동수승만큼 곱한 값

ex) n비트 좌측이동하면 “원래 값 * 2n", 좌측 이동한 비트는 절삭

③ 단항연산 : 연산에 사용되는 자료가 한 개(Move, Complement, Shift)

④ 이항연산 : 연산에 사용되는 자료가 두 개(AND, OR)

(27) 자료처리

① 자료 : 처리되지 않은 가공되지 않은 사실

② 처리 : 자료를 유용한 정보로 변환하는 과정

③ 정보 : 사람의 의사결정에 도움을 주는 유용한 자료

④ 피드백 : 원하는 결과를 얻을 때까지 다시 되돌림

(28) 자료의 표현단위

① 비트 : 정보의 최소단위

※ 동시에 0과 1을 표현할 수 없다.

② Nibble : 4bit의 모임(24=16가지 표현)

③ Byte : 8bit의 모임(문자 표현최소 단위), 28=256가지표현

④ Word : CPU의 처리단위

Half word(하프워드)	2바이트	Full word는 1워드
Full word(풀워드)	4바이트
Double word(더블워드)	8바이트

⑤ Item(=Field) : 워드(word)의 모임, 품명, 단가 등

⑥ Record(=논리레코드) : 프로그램 처리의 기본단위

⑦ Physical Record(=물리레코드=Block) : 논리레코드의 모임

※ 데이터의 입출력 단위

⑧ File : 디스크에 저장되는 단위

(29) 그레이코드(Gray code)

     

※ Pointer(포인터) 특징

① 기억공간의 자료의 주소의미, 기억 공간 절약, 삽입 ․ 삭제용이, 프로그램 수정 곤란, 연산속도가 느리다

(30) 자료내부표현(정수 표현방식)

① Zone Decimal(=Unpack) : 1바이트에 10진수 한 개 기억, 편집 가능, 연산 불가능

F

D

F

D

F

D

S

D

S(부호) :  + : C, - : D

  

  ② Pack Decimal : 1바이트 10진수 두 개 기억, 편집불, 연산가능

D

D

D

D

D

D

D

S

S(부호) :  + : C, - : D

  

  ③ 고정소수점(1의 보수, 2의 보수) : 2진 연산 수행(사칙연산)

※ 음수표현방법

	부호화 절대치	1의 보수	2의 보수
표현방법	부호비트만 1	비트에 0과 1을 반대표현	1의 보수를 구한 뒤 마지막 비트에 1을 더함
표현범위	-(2N-1-1)～2n-1-1	-(2N-1-1)～2n-1-1	-2n-1～2n-1-1

※ 2의 보수가 1의 보수보다 표현범위가 하나 더 많음

① 부동소수점 표현 : 매우 큰 수나 매우 작은 수에 표현(실수연산)

0	1			8			31
부호		지수부			가수부				양수 : 0, 음수 : 1

(31) 자료 외부표현

① BCD : 6비트 구성(26=64가지 표현), 숫자 4비트, 문자 6비트

② ASCII : 7비트 구성(27=128가지 표현), 숫자 4비트, 문자 7비트, 데이터통신용코드, 미 표준정보 교환용 코드, 개인용 컴퓨터에 사용

③ EBCDIC : 8비트 구성(28=256가지 표현), 숫자 4비트, 문자 8비트, 대형컴퓨터에 많이 사용

※ 코드의 종류

 ① 가중치코드 : 각 자릿수에 고유한 값을 갖고 있는 코드

② 비가중치코드 : 각 자릿수에 고유한 값이 없는 코드

③ 자기 보수코드 : 어떤 고트에 대한 1의 보수가 그 10진수의 9의 보수로 되는 코드

④ 에러검출코드 : 에러검출이 가능한 코드(해밍, 바이퀴너리, 링카운터, 5중2코드, 5중3코드)

(32) 명령어형식

OP-Code 연산자

Operand 주소부, 데이터

․ Op-code : 명령어 형식, 연산자, 자료의 종류 ․ Operand : 주소, 명령의 순서, 주소의 정도

(33) 자료전달기능

CPU

← Load ― ― Store →

주기억장치

← Load ― ― Save →

보조기억장치

(34) 명령어 형식

  

- 0번지

OP Code

Stack 이용

  

- 1번지

OP Code

Address1

누산기 이용

  

- 2번지

OP Code

Address1

Address2

범용레지스터 이용

  

- 3번지

OP Code

Address1

Address2

Address3

범용레지스터 이용

(35) 주소 지정방식

  - 즉시주소 : 주소부분에 있는 값이 실제 데이터(속도 빠름)

  - 직접주소 : 주소부분에 있는 값이 실제데이터의 주소

  - 간접주소 : 주소부분의 주소가 실제데이터의 주소를 가지고 있음

  - 계산에 의한 주소 : 주소부분과 특정 레지스터의 값과 연산하여 주소구함

(36) Address(어드레스)

  - 절대주소 : 오퍼랜드(주소부)가 실제 데이터가 있는 메모리 주소(고유번지), 기억 공간 낭비 심하다

  - 상대주소 : 메모리 사용이 효율적

(37) BUS(버스) : 연산장치와 제어장치간의 자료전송과 지시 신호 전달 통로

(38) DMA : CPU로부터 입출력 지시를 받으면 CPU의 통제없이 주기억 장치와 입출력장치 사이의 직접적인 자료를 전송

(39) 명령 사이클(Instruction Cycle) : 페치사이클과 실행 사이클로 구성

  - Fetch Cycle(페치 사이클) : 명령실행 완료 후 다음에 실행할 명령을 기억장치로부터 가져오는 동작

  - Execute Cycle(실행 사이클) : 명령 해독 후 실행하는 단계

(40) 인터럽트

① 하드웨어 인터럽트

- 정전(우선순위 1위)     

- 기계착오 인터럽트

- 외부 인터럽트          

- 입출력인터럽트

② 소프트웨어 인터럽트

- 프로그램 인터럽트      

- SVC(SuperVisor Call)(우선순위 가장 낮음)

(41) 주기억장치

  ① RAM : 임의 접근 방식 읽고 쓰기가능, 휘발성, DRAM과 SRAM구성

   

	SRAM(정적 램)	DRAM(동적 램)
특징	전원이 공급되는 한 내용이 유지 속도가 빠르다	일정시간이 지나면 방전 되므로 재충전(Refresh)이 필요
이용	Cache(캐시)에 이용	일반적인 주 기억장치

  ② ROM : 읽기전용으로 내용 변경 불가능, 비휘발성

   

종류	특징
Mask-ROM	제조회사에서 만들어진 롬
PROM	빈 롬을 사용자가 한번만 기록가능
EPROM	자외선을 이용하여 여러 번 지워 사용 가능
EEPROM	전기적인 방법으로 여러 번 지워 사용 가능

③ 자기코어 : 초장기에 쓰였던 주기억 장치

(42) 보조기억장치 : 데이터를 영구 기억하기 위함

① 자기 테이프 : 순차처리만 가능(SASD), 7트랙 9트랙형식, 일괄처리 방식에 주로사용, 데이터 백업용으로 사용,

※ 관련용어

- IBG(Inter Block Gap) : 블록과 블록사이의 공백

- IRG(Inter Register Gap) : 논리 레코드와 논리 레코드 사이의 공백

- BPI(Byte Per Inch) : 자기테이프의 기록밀도

- BOT(Begin Of Tape) : 테이프의 시작      

- EOT(End Of Tape) : 테이프의 끝  

② 레코드의 기록형식 : 고정길이 비 블록, 고정길이 블록, 가변길이 비 블록, 가변길이 블록, 부정형식

③ 파일과 볼륨

  

Single File/Single Volume	하나의 볼륨에 하나의 파일 기록
Multi File/Single Volume	하나의 볼륨에 여러 개의 파일 기록
Single File/Multi Volume	여러 개의 볼륨에 하나의 파일 기록
Multi File/Multi Volume	여러 개의 볼륨에 여러 개의 파일 기록

 

④ 자기디스크 : 직접접근기억장치(DASD), 순차 임의접근 가능, 속도가 빠르다, 프로그램 라이브러리에 주로 사용

※ 관련용어

① 디스크, 액세스 암, Read/Write 헤드, 트랙, 실린더, 섹터, 디스크 팩 등

② Seek Time : 지정된 트랙 위치까지 도달시간

③ Search Time : 트랙 내에서 해당 데이터의 레코드 위치를 찾는 시간

※ 디스크 입출력시간 : Seek Time + Read/Write 선택시간 + 회전 대기시간 + 데이터 전송시간의 합

(43) 캐시 메모리 : CPU와 주기억장치 사이의 속도차이 해결

 ※ 처리속도: CPU - 레지스터 - 캐시 - 주 기억장치 - 보조기억장치(자기드럼 - 자기 디스크 - 자기 테이프)

(44) 입출력장치

  - 채널(Channel) : 중앙처리장치 대신 입출력장치의 조작을 대행, 입출력장치를 직접 제어한다.

    셀렉터(Selector) 채널 : 고속의 입출력장치에 사용(자기디스크, 드럼, 테이프), 블록단위 전송

    멀티플렉서(Multiplexer) 채널 : 저속의 입출력장치에 사용(프린터, 카드리더), Byte 단위 전송