컴퓨터 시스템 구조 2 - 하드웨어

이번에는 하드웨어에 대해서 학습해보려고 한다.

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이론 2 - 하드웨어

 

 

하드웨어는 대부분 컴퓨터 내부에 숨어있다. 필수적인 하드웨어에 대해 알아보면 다음과 같다. 전원공급장치, 마더보드,  CPU, RAM, 하드디스크, GPU가 포함된 그래픽카드가 있다. 이것들은 복잡도에 따라 간단한 것과 복잡한 것으로 나눌 수 있다. 먼저 간단한 것부터 살펴보자.

 

 

 

 

 

외부 전원에서 컴퓨터 시스템으로 전원이 들어오는 곳이다. 이 전원은 다시 모든 개별 구성 요소에 할당된다.

 

 

 

 

 

마더보드는 메인보드라고도 부른다. 마더보드에는 컴퓨터가 동작하기 위해 필요한 하드웨어 주요 부품들이 장착된다. 각 부품에 필요한 전원을 할당하고 서로를 연결해 주고 그 흐름을 적정하게 제어하는 역할을 하는 아주 중요한 회로판이다. 입력 장치와 출력 장치도 모두 직간접적으로 마더보드와 연결되어 있다.

 

 

 

 

 

다음으로는 데이터를 다루는 복잡한 하드웨어가 있다. 네 개의 주요 구성요소 CPU, RAM, 하드디스크, 그래픽 카드는 중요하다. 이것들을 부르는 용어는 다양하다. GPU는 그래픽 카드와 혼용하여 쓰지만 사실 GPU는 그래픽 카드에 있는 작은 연산 장치이다.

 

 

 

 

 

CPU는 크게 제어와 연산 두 가지 역할을 하고 있다. Control Unit은 컴퓨터 안에 있는 데이터의 흐름을 조절한다. 컴퓨터에 붙어있는 하드웨어 사이의 통신을 모니터하고 통제한다. 데이터의 입출력을 제어하고 시그널이 성공적으로 전달됐는지, 데이터가 제시간에 올바른 곳으로 갔는지 확인한다.

두 번째로 연산은 Arutgnetuc and Login Unit을 줄인 ALU라고 부르는 곳에서 담당한다. 컴퓨터가 수행하는 모든 작업이 여기서 완료된다. ALU의 연산은 다시 두 가지로 나눌 수 있다.

 

Arithmetic 파트는 계산을 처리하고 Logic 파트는 논리적 비교를 처리한다. 프로그램을 실행하기 위해서는 엄청 많은 수의 연산이 필요하다. CPU는 거의 모든 연산을 맡고 있다. 컴퓨터의 뇌라고 부르지만 다른 하드웨어 없이는 동작할 수 없다. CPU는 빠른 계산이 가능하지만 아주 적은 양의 데이터만 가지고 있을 수 있기 때문이다.

데이터를 많이 가지고 있을 수 있는 장치가 필요한 것이다.

 

 

 

 

 

이제 기억장치인 램과 하드디스크에 대해서도 알아보자. 둘은 특별한 관계에 있다. 컴퓨터가 꺼져도 남아있는 데이터와 컴퓨터에 설치된 프로그램은 하드디스크에 저장되어 있다. 하드디스크는 아주 많은 데이터를 저장할 수 있지만 느린 속도로 그 데이터에 접근할 수 있다.

 

하드디스크는 즉각적으로 CPU가 원하는 정보를 줄 수 없기 때문에 RAM이 등장한다. 하드디스크에 저장된 데이터 중에 지금 필요한 데이터를 RAM에 가져와 저장해 두고 빠른 속도로 접근해서 사용한다. 하지만 작은 용량만 저장할 수 있다. 하드디스크는 마치 거대한 창고와 같아 많은 물건을 저장할 수 있지만, 내가 원하는 물건을 찾아서 갖고 나오는데 시간이 오래 걸린다.

 

 

 

 

반면 하드디스크에 비하면 RAM은 아주 작은 방에 비유할 수 있다. 내가 원하는 물건을 쉽게 찾아서 빨리 갖고 나올 수 있다. 하지만 가지고 있는 물건이 많지 않아서 원하는 물건을 못 찾을 때도 있다. 그러면 하드디스크에 가서 원하는 물건을 다시 찾아와야 한다.

용량과 속도면에서 각각 장단점을 생각해볼 수 있다.

 

 

 

 

 

그래픽 카드는 GPU를 포함하여 메모리와 외부 입력 포트, 쿨러 등으로 구성되어 있다. 주요 기능은 GPU에서 이루어진다. 나머지는 보조적인 역할이라고 생각하면 된다. 그래서 그래픽 카드와 GPU가 혼용해서 쓰인다. GPU는 연산한 정보를 눈에 보이는 시각적인 영상으로 모니터에 그려주는 역할을 한다.

고사양 3D 게이밍이 발전하면서 GPU의 중요성은 더욱 커지고 있다. 화면에 그래픽을 표시하기 위해서는 아주 많은 정보를 동시에 처리해야 한다. 이는 아주 많은 연산이 필요하지만 복잡한 연산을 하는 CPU가 아닌 GPU가 수행하고 있는 것이다.

 

여기서 사람들은 AI 기법 중 하나인 딥러닝을 떠올리게 된다. 딥러닝은 본질적으로 많은 양의 단순한 사칙 연산을 수행한다. GPU는 이러한 단순 사칙 연산에 특화되어 있다. 딥러닝시 CPU를 사용하면 CPU보다 효율적으로 작업할 수 있다. 따라서 GPU가 그래픽 처리뿐 아니라 딥러닝 분야에서도 활발히 사용되고 있다.

 

 

 

 

 

컴퓨터가 사용자의 명령을 수행할 때 일어나는 일련의 과정을 하드웨어의 관점에서 따라가 보면서 용어와 역할에 대해 정리해 보겠다. 처리장치인 CPU는 모든 데이터를 연산하고 다른 장치들을 제어한다. 처리해야 할 데이터는 RAM과 같은 주기억장치에서 가져온다.

주기억장치에 있는 데이터는 하드디스크와 같은 데이터에서 복사해오거나 키보드와 같은 입력 장치로부터 받아온 것이다. 최종적으로 처리한 정보가 그래픽카드를 거쳐 모니터와 같은 출력 장치에 출력되어 사용자에게 전달된다.

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퀴즈 5 - CPU

 

 

 

 

 

 

 

 

이 문제는 세번만에 맞혔다. 문제가 조금 어려웠다.

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퀴즈 6 - RAM

 

 

 

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퀴즈  7 - GPU

 

 

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퀴즈 8 - HDD

 

 

 

 

이렇게 해서 퀴즈 문제를 모두 풀었다.

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학습을 마치고

어젯밤에 늦게 취침했는데 오늘도 4시 반에 일어나 공부를 할 수 있어서 정말 기쁘다. 이제 1주차 학습은 마쳤고 2주차 학습에 들어가려고 한다. 이론 수업은 한 문장씩 받아 적으라 조금 힘들었지만, 적으면서 정리가 되었다.

이제 소프트웨어에 대해서 학습해볼 것이다.