[컴퓨터구조] 폰노이만 구조

폰노이만 구조

존 폰 노이만이 제시한 컴퓨터 구조로 프로그램 내장 방식이라고 불린다.

 

이전의 컴퓨터는 계산을 할때마다 회로 스위치를 조정하여 처리하는 하드웨어 프로그램 방식이였는데

이는 하나하나 프로그램을 하드웨어로 만들다 보니 비용적인 부분같은 문제점이 많았다.

 

폰 노이만 구조는 중앙처리장치(CPU), 메모리, 프로그램 이 세 가지 구성요소로 이루어져 있으며

메모리에 프로그램과 데이터가 저장되어 있고 하나씩 꺼내며 산술연산장치(Arithmetic Logic Unit)로 연산한다.

 

폰노이만 구조 이전과 이후는 이렇게 정의할 수 있다.

• 이전
  • 다른작업을 위해 하드웨어(전선,스위치)를 설치및 재배치하여 처리
• 이후
  • 다른작업을 위해서 소프트웨어 교체

 

즉 범용성이 좋아진 셈이다

 

장점이 있듯 단점또한 존재하는데

기억장치에서 불러오는 속도가 CPU의 처리속도(계산,연산 속도)보다 느릴경우 성능 저하가 일어나는데

이를 폰노이만 병목현상이라고 한다.

이를 해결하이귀해 메모리 계층구조,하버드 아키텍쳐 등등이 있다.

 

 

컴퓨터 주요 구성 요소 3가지

1. CPU(중앙처리장치, Central Processor Unit)

CPU는 크게는 연산과 제어의 기능을 담당한다.

• 연산(ALU, Arithmetic Logic Unit)
  • 산술 연산(Arithmetic Operation) 
    • ex) 덧셈 연산
  • 논리 연산(Logic Operation) 
    • ex)  참/거짓 연산(if문)
• 제어(Control Device) :
  • CPU밖의 여러 가지 메모리, 저장매체, 네트워크 등을 제어해주는 역할
  • ex) 메모리에서 데이터를 가져와라, 계산하라 등 제어 (ALU 동작 제어)

 2.  Memory

메모리는 코드와 데이터를 저장하는 장치

• 내부 기억장치(주기억장치) : 속도가 빠르지만 휘발성
  • CPU 내부 저장장치 : 
    • 레지스터(Registe) : 작은 공간의 데이터를 임시로 저장할 수 있는 저장 공간, 변수같은거
    • 캐쉬(Cache Memory) : CPU안에 있는 별도의 메모리
      • 가져왔던 데이터를 일정시간 쌓아둬서 재사용될 때에 빠르게 사용할 수 있게 해주는 저장 공간
  • DRAM 등의 메모리(RAM, DDR4 등) =>폰노이만 구조에서 나오는 메모리(RAM)
• 외부 기억장치(보조기억장치) : 주기억장치에 비해 속도가 느리지만 비휘발성
  • SSD, HDD

3. I/O Device(입출력장치)

• 입력장치 : 마우스, 키보드..
• 출력장치 : 모니터, 프린터,스피커 ..

버스(Bus)

• 2가지가 있는데
• System Bus : CPU,Memory IO Devices를 연결해주는 버스(장치)
  • 개별적인 IO Devices들을 연결해주고 데이터를 송수신해주는 장치
• Internal Bus  CPU 내부 장치들간에 데이터를 주고받기 위한 버스(장치)