핵심 개념으로 배우는 컴퓨터 구조

명령어부터 메모리·입출력까지 한눈에 이해하기

황준서 지음

지식이야기 2026년 01월 15일 출간

작품소개

책소개

“핵심 개념으로 배우는 컴퓨터 구조”는 컴퓨터가 프로그램을 실행할 때 내부에서 어떤 일이 일어나는지, 그 원리를 처음부터 차근차근 이해하도록 돕는 기초 안내서다. 전기나 회로 수준의 상세한 설계로 내려가기보다는, 명령어가 실행되고 데이터가 이동하며 메모리가 계층적으로 동작하는 흐름을 중심으로 컴퓨터 구조의 핵심을 설명한다.

이 책은 복잡한 수식이나 고급 최적화 기법보다, 반드시 알아야 할 개념을 정확한 정의와 직관적인 예제로 연결하는 데 집중한다. 정보가 이진으로 표현되는 이유, 명령어와 레지스터가 수행하는 역할, 파이프라인에서 발생하는 위험의 의미, 캐시와 가상 메모리가 성능과 동작에 미치는 영향, 입출력과 저장장치가 시스템 전체와 맞물리는 방식까지, 각각의 주제를 독립적으로가 아니라 하나의 구조로 이해할 수 있도록 구성했다.

각 장은 개념의 출발점에서 시작해 구성요소 간 관계를 확인하고 정리한다. 독자는 “무엇이 존재하는가”를 외우기보다 “왜 그렇게 동작하는가”를 설명할 수 있게 되고, 운영체제, 컴파일러, 시스템 프로그래밍 같은 분야를 학습할 때 흔히 마주치는 구조적 질문에 흔들리지 않는 기반을 갖추게 된다.

컴퓨터 구조를 처음 접하는 학습자, 전체 그림을 다시 잡고 싶은 독자, 코드와 하드웨어의 연결을 명확히 이해하고 싶은 독자에게 이 책은 가장 단단한 출발점이 될 것이다.


*생성형 인공지능을 활용하여 제작하고 편집 과정을 거쳤습니다. 편집자의 최종 검토를 거쳐 제작되었습니다.

목차

1장 컴퓨터 구조를 바라보는 관점
추상화와 계층 구조
명령 실행의 큰 흐름
하드웨어와 소프트웨어의 경계
성능을 결정하는 요소
대표적인 구성요소 관계
데이터 표현의 전제

2장 정보의 표현과 연산 기초
이진수와 진법 변환
부호 있는 정수 표현
실수 표현의 개념
비트 연산의 의미
산술 논리 연산의 구조
오버플로와 예외 개념

3장 명령어와 프로그램의 형태
명령어의 기본 구성
연산 대상과 피연산자
주소 지정 방식의 의미
명령어 실행과 상태 변화
분기와 제어 흐름
호출과 반환의 개념

4장 프로세서 내부 구성요소
레지스터의 역할
ALU와 연산 경로
제어 장치의 동작
데이터패스의 흐름
클록과 동기화
인터럽트의 기본 동작

5장 단일 사이클과 다중 사이클 처리
단일 사이클 처리 방식
다중 사이클 처리 방식
각 방식의 장단점 비교
제어 신호의 생성 개념
단계별 실행 흐름
자원 공유와 충돌 개념

6장 파이프라이닝의 기본 원리
파이프라인 단계 분해
처리량과 지연 시간 관계
구조적 위험의 개념
데이터 위험의 개념
제어 위험의 개념
기본적인 해결 원리

7장 메모리 계층과 지역성
레지스터와 캐시의 위치
지역성의 의미
캐시의 동작 개념
캐시 적중과 실패
쓰기 정책의 개념
메모리 접근 시간 관점

8장 가상 메모리의 핵심 동작
주소의 종류와 변환
페이지와 프레임 개념
페이지 테이블의 구조
TLB의 역할
페이지 폴트의 의미
보호와 격리의 기본

9장 저장장치와 입출력 시스템
입출력 장치의 특성
버스와 연결 구조
메모리 매핑 입출력
DMA의 기본 동작
인터럽트 기반 입출력
저장장치 접근의 흐름

10장 시스템 수준의 성능 이해
명령어 수준 성능 요소
CPI와 클록의 관계
병목의 개념과 위치
메모리 성능의 영향
입출력 성능의 영향
측정 지표의 해석 방식

인물정보

저자(글) 황준서

컴퓨터 구조에 대한 관심을 바탕으로 독자 니즈와 시장 흐름을 꾸준히 연구하며, 복잡한 내용을 핵심 개념 중심으로 쉽게 정리한 지식콘텐츠를 성실히 제작하고 있습니다.