CS) 폰노이만 구조

 

폰노이만 구조란 현대에 쓰이고 있는 모든 컴퓨터의 기본 설계도이다.

 

최초의 계산기 애니악은 사람이 일일이 전선을 뺐다 꼈다 하며 회로를 물리적으로 바꿔야했지만

이러한 문제점을 해결하기 위해 폰노이만 구조가 설계되었다.

 

폰노이만 구조 설계도

 

폰노이만 구조는 크게 4가지 핵심 부품으로 이루어져 있다.

 

1. CPU(중앙처리장치) : 컴퓨터의 두뇌 역할을 하며, 메모리에서 명령어를 읽어와 해석하거나 산술 연산이나 논리 연산을 수행하며 시스템 전체를 제어하는 하드웨어이다. 게임으로 치면, 유저의 입력을 받고 캐릭터를 이동키시는 모든 '생각'이 CPU에서 일어난다.

 

CPU의 내부에는 세가지 장치가 있다.

• 제어 장치 : 메모리에서 명령어를 가져와 해석하고, CPU의 각 장치와 주변 기기에 신호를 보내는 장치
• 산술 논리 장치 : 제어 장치가 시키는 대로 산술, 논리 연산을 수행하는 장치
• 레지스터 : CPU내부의 아주 작은 임시 저장 공간으로, 당장 계산해야할 데이터나 계산 결과 등을 이곳에 잠시 보관한다.(컴퓨터에서 가장 빠른 저장소)

 

2. 메모리 : 컴퓨터에서 데이터나 명령어를 저장하는 하드웨어를 통칭, CPU가 당장 작업할 내용을 올려두는 작업대 개념

 

메모리의 종류로는 아래와 같다.

 

구분	종류	특징
주기억장치	RAM	전원이 꺼지면 저장된 내용이 모두 사라짐(휘발성), 속도가 빠름
	ROM	읽기 전용, 전원이 꺼져도 유지
보조기억장치	SSD/HDD	영구 저장 목적으로 전원이 꺼져도 저장된 내용이 사라지지 않음(비휘발성), 속도가 느림
속도보완장치	Cache	CPU와 RAM사이의 더 빠른 임시 메모리

 

CPU는 처리 속도가 아주 빠르지만, 게임 설치 파일등을 저장해두는 보조기억장치(SSD)는 CPU에 비해 느리다.

게임을 실행할 때 로딩이 뜨는 이유는 느린 보조기억장치에 있는 게임 데이터들이 빠른 CPU로 복사해오기 때문이다.

 

3. 입력장치, 출력장치(I/O 장치) : 키보드, 마우스, 모니터 등 입출력 장치

 

4. 버스 : 데이터가 이동하는 통로

 

 

정리하자면 폰노이만 구조는 "소프트웨어(프로그램)을 하드웨어(메모리)에 저장해두고, CPU가 하나씩 꺼내서 실행하는 포로그램 내장 방식"이다. 덕분에 우리는 하드웨어는 그대로 두고 소프트웨어만 바꾸면 다른 일을 할 수 있는 것이다.

 

 

 

하지만 폰노이만 구조에는 단점도 있다.

 

CPU는 비약적으로 빨라졌는데, 메모리의 속도와 버스의 전송 속도는 그만큼 빨라지지 못해서 CPU가 할 일 없이 노는 현상이 일어났는데 이를 폰노이만 병목현상이라고 한다.

 

현대에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 캐시 메모리 등의 여러 장치가 나왔다고 한다.