기록

메모리

컴퓨터 메모리는 시스템의 핵심 구성 요소 중 하나이다.

데이터와 명령어를 저장하고 CPU와 상호 작용하여 프로그램 실행을 가능하게 한다.

컴퓨터 메모리에는 다양한 종류가 있으며 각기 다른 용도와 특성을 가지고 있다. 

1. 주기억장치(Primary Memory)

컴퓨터의 메인 메모리로 RAM과 ROM이 포함된다.

주기억장치는 CPU와 직접 통신하며 빠른 속드를 요구한다. 

RAM

임시 데이터 저장소로, 읽기와 쓰기가 모두 가능한 메모리이다. 컴퓨터가 켜질 때마다 프로그램과 데이터가 RAM에 로드되며, 전원이 꺼지면 RAM의 데이터는 사라진다.

ROM

시스템의 기본 설정 및 부팅 과정에서 사용되는 정보를 저장하는 메모리이다. 일반적으로 읽기만 가능하며, 데이터는 전원이 꺼져도 유지된다.

2. 보조기억장치(Secondary Memory)

데이터를 영구적으로 저장하는 메모리로, 하드 드라이브, SSD, CD, DVD 등이  포함된다. 보조기억장치는 주기억장치보다 느리지만, 대용량의 데이터를 저장할 수 있다.

계층 구조(Memory Hierachy)

메모리 계층 구조는 컴퓨터 시스템에서 사용되는 다양한 메모리 기술을 속도, 용량, 비용, 접근 시간 등의 특성에 따라 계층적으로 구성한것이다.

계층 구조는 데이터를 처리하고 저장할 때 발생하는 효율성과 성능의 균형을 이루기 위해 만들어졌다.

1. 레지스터(Register) 

CPU 내부에 위치한 가장 빠르고 작은 메모리

연산에 직접 사용되는 데이터와 주소를 저장한다.

2. 캐시 메모리(Cache Memory)

CPU에 가까운 고속의 작은 메모리

주기억장치에서 자주 사용되는 데이터와 명령어를 저장해, CPU의 성능 향상을 도모한다. 캐시 메모리는 종종 여러 레벨로 구성되기도 한다.

3. 주기억장치(Primary Memory)

RAM과 ROM으로 구성된 메모리로 CPU가 직접 접근할 수 있는 메모리이다.

RAM은 주로 프로그램 실행에 필요한 데이터와 명령어를 저장하고 ROM은 시스템 부팅과 관련된 정보를 저장한다.

4. 보조기억장치(Secondary Menory)

하드 드라이브, SSD, CD, DVD 등으로 구성된 대용량의 영구적인 저장장치이다. 주기억장치보다 느리지만 대영량 대이터를 저장할 수 있다.

5. 오프라인 저장 장치(Offline Storage)

테이프 드라이브, 광학 저장 매체 등을 포함하는 컴퓨터 시스템과 직접 연결되지 않은 저장 장치이다. 백업과 아카이빙에 주로 사용된다.

6.

CPU

컴퓨터 시스템을 구성하는 요소는 다양하며, 각각의 구성요소들이 상호 작용을 통해서 전체 시스템이 동작하게 된다.

그 중 중앙 처리 장치(CPU, Central Processing Unit)는 컴퓨터 시스템에서 가장 중요한 부품 중 하나이다.

구성요소

연산 유닛(Arithmetic Logic Unit, ALU)

산술 및 논리 연산을 수행한다. 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 같은 산술 연산과 AND, OR, NOT, XOR과 같은 논리 연산을 처리한다.

제어 유닛(Control Unit, CU)

메모리에서 명령어를 가져와 해독하고 실행한다. 또한 다른 구성요소들을 제어하여 명령어 실행에 필요한 데이터를 제공하거나 결과를 저장한다.

레지스터(Register)

CPU 내부의 작은 기억장치이다. 매우 빠른 접근 속도를 가지고 연산에 필요한 데이터를 저장하거나 중간 결과를 저장하는데 사용된다. 종류는 크게 범용, 프로그램 카운터, 명령, 주소 레지스터 등이 있다.

캐시 메모리(Cache Memory)

캐시 메모리는 CPU와 주 기억장치 사이에 위치하며 자주 사용되는 데이터와 명령어를 빠르게 접근할 수 있도록 저장한다. 캐시 메모리는 CPU 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다.

명령어 주기

CPU는 명령어 주기를 통해 작동한다.

1. 인출(Fetch) : 메모리에서 명령어를 가져오는 단계

2. 해독(Decode) : 가져온 명령어를 해독하여 실행할 동작을 결정하는 단계

3. 실행(Execute) :  해독된 명령어를 실행하는 단계

4. 저장(Store) :  실행 결과를 레지스터나 메모리에 저장하는 단계

성능

CPU의 성능은 클럭 속도, 코어 수, 캐시 크기, 명령어 집합 구조(ISA) 등 다양한 요소에 의해 영향을 받는다. 클럭 속도는 CPU가 초당 처리할 수 있는 명령어의 수를 나타내며, 코어 수는 동시에 처리할 수 있는 명령어 스트림의 수를 의미한다. 캐시 크기는 CPU와 메모리 사이에 위치한 고속 메모리의 용량을 나타내며, 명령어 집합 구조는 CPU가 어떤 종류의 명령어를 처리할 수 있는지를 결정한다.

다중 코어 프로세서와 파이프라이닝, 병렬 처리 등의 기술을 통해 성능을 향상시킬 수 있으며 이러한 기술은 동시에 여러 작업을 처리하거나 여러 단계로 구성된 작업을 동시에 진행함으로써 전체 시스템의 처리 속도를 높일 수 있다.