컴퓨터 아키텍처

컴퓨터 구조 및 동작 원리

우종정 지음

한빛아카데미 2021년 06월 28일 출간 종이책 : 2014년 08월 08일 출간

작품소개

책소개

이 책은 컴퓨터 시스템의 개요에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 고급 기술인 파이프라이닝, RAID, 캐시 메모리, 병렬 처리 등을 다룹니다. 컴퓨터의 동작 원리를 이해하고자 하는 컴퓨터/전기?전자/정보통신 공학과 학생과 컴퓨터 시스템을 개발하는 연구소 및 기업체의 연구원을 대상으로 합니다. 이 책을 통해 컴퓨터의 구성과 동작 원리를 이해하여 컴퓨터의 기능을 활용하는 수준에서 벗어나 컴퓨터 기술 발전에 원동력이 되길 바랍니다.

목차

지은이 머리말 ? 4
이 책의 사용 설명서 ? 6

Chapter 01 컴퓨터 시스템의 개요 ? 021
1 컴퓨터 시스템 ? 023
1 컴퓨터 시스템의 개념적 구성 ? 023
2 컴퓨터 시스템의 4대 기능 ? 024
3 비트, 바이트, 워드 ? 024

2 컴퓨터 하드웨어 ? 026
1 중앙처리장치 ? 026
2 기억장치 ? 027
3 주변장치 ? 028
4 기타 하드웨어 ? 029

3 컴퓨터 소프트웨어 ? 032
1 시스템 소프트웨어 ? 032
2 응용 소프트웨어 ? 034

4 운영체제와 부팅 ? 035
1 운영체제 ? 035
2 부팅 ? 035

5 컴파일러와 인터프리터 ? 038
1 컴파일러 ? 038
2 인터프리터 ? 039

6 컴퓨터의 분류 ? 041
1 처리 능력에 의한 분류 ? 041
2 사용 목적에 의한 분류 ? 042
3 응용 분야에 의한 분류 ? 042
4 사용 데이터에 의한 분류 ? 043

7 컴퓨터의 구조, 구성, 실현 ? 044
1 컴퓨터 구조 ? 044
2 컴퓨터 구성 ? 045
3 컴퓨터 실현 ? 046
4 컴퓨터 계열 ? 046

8 하드웨어와 소프트웨어의 상호 조정 ? 047
요약 ? 049 연습문제 ? 051


Chapter 02 컴퓨터의 발전과 성능 ? 055
1 컴퓨터의 세대별 발전 ? 057

2 현대 컴퓨터 발전의 지표 ? 061
1 폰노이만 아키텍처 ? 061
2 무어의 법칙 ? 064

3 컴퓨터의 성능 ? 066
1 성능의 정의 ? 066
2 암달의 법칙 ? 068

4 CPU 성능 분석 ? 072
1 성능에 영향을 미치는 요소 ? 072
2 성능에 영향을 미치는 요소의 분석 ? 076

5 벤치마크와 성능 척도 ? 079
1 벤치마크 ? 079
2 MIPS와 MFLOPS ? 080
요약 ? 083 연습문제 ? 084

Chapter 03 명령어 집합 ? 087
1 명령어 집합 ? 089 1 명령어 집합의 의미 ? 089
2 명령어 집합 구조 ? 089
3 명령어 집합 설계 ? 090

2 명령어의 특성 ? 092
1 피연산자의 수 ? 092
2 명령어의 길이 ? 094

3 CPU의 기본 구성과 가상 명령어 집합 ? 096
1 CPU의 기본 구성과 명령어의 실행 순서 ? 096
2 가상 컴퓨터 명령어 ? 098
3 좋은 명령어 집합 구조 ? 104

4 연산 ? 106
1 연산의 종류 ? 106
2 분기 명령 ? 107
3 프로시저의 호출과 복귀 ? 111

5 명령어와 CPU 기억장치 ? 115
요약 ? 118
연습문제 ? 120


Chapter 04 명령어 집합의 분류와 주소 지정 방식 ? 123
1 피연산자의 수와 명령어 집합 ? 125
1 누산기 컴퓨터 ? 125
2 스택 컴퓨터 ? 128
3 범용 레지스터 컴퓨터 ? 132

2 명령어와 메모리 ? 137
1 메모리 속성 ? 137
2 메모리 정렬 ? 139
3 엔디언 방식 ? 140

3 주소 지정 방식 ? 142
1 0-단계 주소 지정 방식 ? 142
2 1-단계 주소 지정 방식 ? 143
3 2-단계 주소 지정 방식 ? 145
4 복잡도에 따른 명령어 집합 ? 148
1 CISC의 탄생과 특징 ? 148
2 RISC의 탄생 ? 149
3 RISC의 특징 ? 150
4 RISC와 CISC의 전망 ? 152

5 picoMIPS 명령어 집합 구조 ? 153
1 picoMIPS의 개요 ? 153
2 picoMIPS의 명령어 형식과 종

출판사 서평

도서 장점

1. 컴퓨터의 기본적인 개념에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 더 나아가 성능 향상에 사용되는 고급 기술까지 최신 컴퓨터 구성과 동작의 원리를 이해하는 데 필요한 전반적인 내용을 다룬다.

2. 국내외 상위 대학에서 가장 많이 쓰는 『컴퓨터 구조 및 설계』(데이비드 패터슨, 존 헤네시 공저)를 모티브로 하여 쉽게 설명한 책이다. 16비트 기반의 picoMIP라는 명령어 집합을 사용하여 설명하기 때문에 컴퓨터 구조와 동작 원리를 실제적으로 학습할 수 있으면서도 간단한 명령어라 이해하기도 매우 좋다.

3. 컴퓨터의 성능 향상에 사용되는 최신 고급 기술인 파이프라이닝, 캐시 메모리, RAID, 병렬처리 등을 차례로 소개함으로써 현존하는 대부분의 컴퓨터의 설계 개념을 이해할 수 있다.

4. 대학 교재로는 물론 컴퓨터 시스템을 개발하는 연구소나 기업체의 연구원에게도 전문서적으로 활용할 수 있다.

도서 특징(책 표지글)
16비트 기반의 picoMIPS 명령어 집합을 사용하여
컴퓨터의 구성과 동작 원리를 쉽게 이해할 수 있다.

【누구를 위한 책인가?】
이 책은 컴퓨터 시스템의 개요에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 고급 기술인 파이프라이닝, RAID, 캐시 메모리, 병렬 처리 등을 다룹니다. 컴퓨터의 동작 원리를 이해하고자 하는 컴퓨터/전기?전자/정보통신 공학과 학생과 컴퓨터 시스템을 개발하는 연구소 및 기업체의 연구원을 대상으로 합니다. 독자들이 이 책을 통해 컴퓨터의 구성과 동작 원리를 이해하여 컴퓨터의 기능을 활용하는 수준에서 벗어나 컴퓨터 기술 발전에 원동력이 되길 바랍니다.부/장별 내용 요약

1장 : 컴퓨터의 구성 요소를 살펴보고 컴퓨터를 분류한 후 컴퓨터와 관련된 중요 용어를 학습한다. 그리고 컴퓨터를 이해하기 위해 하드웨어와 소프트웨어의 관계를 파악한다.

2장 : 컴퓨터의 진화 과정과 세대별 발전, 컴퓨터와 관련된 획기적인 지표와 원리를 살펴본다. 그리고 컴퓨터의 성능, 성능 향상에 영향을 미치는 요소와 개선 방법을 학습한다.

3장 : 컴퓨터의 언어인 명령어 집합의 의미와 특성을 파악한 후 프로세서에서 명령어가 동작하는 과정을 분석하고 컴퓨터에서 필요한 연산의 종류를 살펴본다. 또한 CPU 내부 저장장치의 필요성에 대해서도 학습한다.

4장 : 다양한 종류의 명령어 집합을 비교하고 데이터의 주소 지정 방식을 학습한 다음, 이 책의 기본 아키텍처로 사용할 picoMIPS의 명령어 형식을 살펴본다.

5장 : 컴퓨터에서 데이터를 표현하는 방식을 살펴보고 데이터를 처리하는 연산장치를 설계하기 위해 디지털 논리회로의 기본 개념을 학습한다.

6장 : 정수와 실수의 연산 알고리즘을 이해하고 연산장치의 구조와 데이터의 입출력 경로를 살펴본다.

7장 : 명령어의 실행 과정을 단계별로 분석하고 명령어를 실행하기 위한 데이터 경로를 구성해본다.

8장 : 제어장치의 역할 및 종류, 마이크로 연산 등을 살펴본 후 제어장치의 구현 방법을 학습한다. 그리고 기본 아키텍처로 사용하는 picoMIPS를 위한 제어장치를 설계한다.

9장 : 파이프라이닝의 개념 및 파이프라이닝에 의한 성능 향상을 파악하고 기본 아키텍처인 picoMIPS에 이를 적용해본다. 이어서 파이프라이닝에 의한 성능 향상의 방해 요소인 해저드와 인터럽트를 살펴보고, 슈퍼스칼라 파이프라이닝 등에 대해서도 학습한다.

10장 : 메인 메모리의 의미와 동작 원리를 이해하고 RAM과 ROM의 특징을 살펴본다. 그리고 DRAM의 대역폭을 향상하는 기법인 광폭버스 메모리, 교차 메모리, DRAM 구성을 최적화함으로써 성능을 향상한 SDRAM 등을 살펴본다.

11장 : 메모리 계층 구조의 상위에 위치한 캐시 메모리의 특징과 동작 메커니즘, 성능 향상을 위한 다양한 전략을 살펴본다.

12장 : 가상기억장치의 필요성과 의미를 살펴보고 가상기억장치에 필수적으로 수반되는 주소 변환 과정의 원리를 이해한다. 그리고 주소 변환 기법의 문제점을 분석한 후, 향상된 주소 변환 기법에 대해 알아본다.

13장 : 데이터를 처리하는 데 필요한 하드디스크와 같은 주변장치에 대해 살펴보고 주변장치의 성능 향상 기법을 학습한다. 또한 중앙처리장치가 주변장치를 인식할 수 있는 주소 지정 방식도 살펴본다.

14장 : 데이터의 전송 방식, 인터럽트 처리, 버스의 구조와 제어 및 중재 방식, 입출력 버스 표준과 버스의 성능 향상에 대해 살펴본다.

15장 : 병렬 처리의 기본적인 개념과 병렬 시스템의 종류를 살펴본다. 그리고 각종 병렬 처리 시스템의 구성과 상호 연결망에 대해 학습한다.

작가정보

저자(글) 우종정