[ IT 지식 ] 하드웨어: 컴퓨터의 논리와 구조, 프로세서 속도와 심장 박동수

하드웨어는 컴퓨팅에서 형체가 있고 눈에 보이는 부분이다. 즉, 직접 보고 조작할 수 있는 기기나 장비를 말한다.

컴퓨터는 적어도 두 가지 측면에서 살펴볼 수 있다.

첫번째는 논리적 구성(또는 기능적 구성)으로, 컴퓨터가 어떤 부분들로 이루어져 있고 무슨일을 하며 어떻게 연결되는지에 주목한다.
다음은 물리적 구조로, 각 부분이 어떻게 생겼고 어떻게 만들어지는지를 나타낸다.

어떤 사물의 기능과 물리적 속성 간의 차이, 즉 그것이 무엇을 하는지와 내부적으로 어떻게 만들어지고 얼마나 빨리 작동하는지의 차이를 인지하는 것은 중요하다. 컴퓨터에서 ‘어떻게 만들어지는지’부분은 경이로운 속도로 변하고 있고 ‘얼마나 빨리 작동하는지’부분도 마찬가지지만, ‘무엇을 하는지’ 부분은 꽤 안정적으로 유지되고 있다.


맥과 pc모두 아래 그림처럼 다이어그램의 형태로, 프로세서, 주 기억 장치, 보조 기억 장치, 다른 다양한 구성 요소가 있으며, 그 중간에 정보를 전달하는 버스(bus)라는 여러개의 전선이 있어 서로 연결된다.

컴퓨터 대신 휴대전화나 태블릿 pc라면 마우스, 키보드, 디스플레이가 화면이라는 하나의 구성 요소로 합쳐지는 점과 당신의 물리적 위치를 알기 위한 나침반, 가속도계, GPS 수신기 같은 숨은 구성 요소가 추가된다는 점 말고는 비슷하다.
이처럼 프로세서, 명령어와 데이터를 담는 메모리와 저장 장치, 입력과 출력 장치가 있는 기본 구조는 1940년대 이래 이어지는 표준이다. 이러한 구조를 흔히 폰 노이만 아키텍쳐(von Neumann architecture)라고 한다.

프로세서(Processsor)

컴퓨터의 두뇌에 해당한다. 역사적으로 CPU(Central Processing Unit, 중앙 처리 장치)라고 불렸지만, 지금은 그냥 ‘프로세서’로 자주 쓰인다.
프로세서는 산술 연산을 하고, 데이터를 여기저기로 옮기며, 다른 구성 요소의 작업을 제어한다. 프로세서가 수행할 수 있는 기본적인 연산 레퍼토리는 한정되어 있지만, 눈부실 정도로 빠르게초당 수십억 회) 연산을 수행한다. 또한 기존 계산 결과를 바탕으로 다음에 수행할 연산을 결정할 수 있어서, 사용자가 일일이 개입할 필요 없이 상당히 독립적으로 작동한다. 프로세서는 나중에 더 언급할 것이다.

프로세서를 보면 ‘2.2GHz 듀얼 코어(duel-core) 인텔 Core i7’의 형식으로 표시되어 있다. 이 뜻은 인텔은 프로세서 제조사이고 ‘Core i7’은 인텔 프로세서 제품군 중 하나다. ‘듀얼 코어’라는 것은 하나의 패키지에 처리 장치가 두 개 들어 있다는 의미이다. 여기서 소문자 ‘core’는 프로세서와 동의어가 된다. 코어는 단독으로도 프로세서가 될 수 있지만, 더 빨리 계산하고자 함께 또는 독립적으로 작동하는 코어를 여러개 포함해 프로세서로 쓸 수도 있다. 따라서, 대체로 코어 수와 무관하게 이러한 조합을 프로세서라고 생각하면 된다.
여기서, ‘2.2GHz’가 흥미로운데, 프로세서는 기본 연산을 단계별로 수행하기 위해 내부 클록 clock을 사용하는 데, 이는 심장 박동이나 시계의 째깍거림과 꽤 유사하다. 속도의 측정 단위 중 하나는 초당 째깍거리는 횟수다. 초당 한 번 뛰거나 째깍거리는 것을 1Hz(헤르츠)라고 한다.

주 기억 장치(Primary memory)

흔히 RAM(Random Access Memory, 임의 접근 메모리)라고도 한다.
프로세서와 컴퓨터의 다른 부분이 현재 사용 중인 정보를 저장하는 데, 저장된 정보의 내용은 프로세서에 의해 변경될 수 있다. 주 기억 장치는 프로세서가 현재 작업중인 데이터뿐만 아니라 프로세서가 그 데이터로 무엇을 해야 하는지 알려주는 명령어도 저장한다. 이 점은 매우 중요하다.
메모리에 다른 명령어를 로드(적재)하여 프로세서가 다른 계산을 수행하게 할 수 있다. 이러한 원리로 프로그램 내장식(stored-program)컴퓨터는 범용 장치가 된다. 같은 컴퓨터로 카카오톡도 띄우고, 웹서핑을 하고, 이메일을 주고받을 수 있는 데, 이 모든 일이 적합한 명령어를 메모리에 배치함으로써 가능해진다. 프로그램 내장식이라는 아이디어는 매우 중요하다.
주 기억 장치는 컴퓨터가 실행되는 동안 정보를 저장할 장소를 제공한다. word, photoshop, 브라우저 등 현재 활성화된 프로그램의 명령어를 저장한다.
  주 기억 장치를 RAM, 즉 ‘임의 접근 메모리’라고도 부르는 이유는 프로세서가 정보에 접근할 때 메모리에 저장된 위치와 무관하게 같은 속도로 접근할 수 있기 때문이다.
  대부분 메모리는 휘발성을 띤다. 즉, 전궝닝 꺼지면 메모리의 내용이 사라지고 현재 활성화된 모든 정보가 없어진다는 뜻이다. 그러므로 컴퓨터로 작업할 때는 자주 저장하는 것이 바람직하다.
  컴퓨터의 주 기억장치 용량은 고정되어 있다. 메모리 용량은 바이트 단위로 측정된다. 대게 메모리 용량이 클수록 컴퓨팅 속도가 더 빠르다고 볼 수 있다. 메모리가 작으면 동시에 여러 프로그램을 실행하기에 용량이 충분하지 않고, 비활성화된 프로그램의 일부를 옮겨 새로운 작업을 위한 공간을 만드는 데 시간이 걸리기 때문이다.



- 출처: <1일1로그 100일 완성 IT지식>