컴퓨터의 작동 원리

이 글이 목표하는 대상은 컴퓨터에 대해서 아무것도 모르고 뭔가 신기한 기계라고 생각하는 사람들이다.

컴퓨터는 정해진 일을 순서대로 처리하는 기계이다. 컴퓨터가 할 수 있는 일은 사칙연산을 많이 반복하는 것과, 두 수를 비교해서 어느 쪽이 큰가에 따라 처리해야 할 다음 명령어를 정하는 것이다. 여기에 부가적으로 계산해야 할 값을 메모리에서 불러오는 기능과, 계산이 끝나면 그 결과물을 메모리에 저장하는 기능이 있다. 현대의 컴퓨터는 모두 이와 같은 방식으로 작동한다.

컴퓨터는 입력장치, 출력장치, 연산장치, 기억장치, 제어장치로 이루어져 있다. 이것들이 하는 역할은 이름에 써 있는 그대로인데, 실제로 하는 일을 보면 어떤 전기적 신호를 입력 받아서 자신의 역할에 맞게 신호를 처리해서 내보내는 일이다.

입력장치 – 컴퓨터의 외부에서 입력 신호를 받아서 그 신호에 해당하는 전기적 신호를 컴퓨터에 보낸다.

출력장치 – 컴퓨터에서 전기적 신호를 받아서 그에 해당하는 출력을 컴퓨터 외부로 보낸다.

연산장치 – 두 수와 사칙연산 중 뭘 할지를 받아서 그에 해당하는 수 하나를 내보낸다.

기억장치 – 주소 값을 받으면 그 위치에 기록되어 있는 수를 내보낸다.

제어장치 – 입력받은 두 수를 비교해서 어느 쪽이 큰지 내보낸다.

실제 컴퓨터는 위의 다섯 가지 장치가 한 개 씩 쓰인것이 아니라, 매우 많이 사용되고 있으며, 그 구조도 매우 복잡하다. 하지만 저것들을 엮어서 컴퓨터를 만든 것은 맞다. 그리고 저 장치들은 모두 단 하나의 소자를 매우 복잡하게 엮은 것으로 되어 있다. 그것은 곧 NAND 소자이다. NAND 소자는 두개의 신호를 받아서 거기에 맞는 하나의 신호를 내보내는 장치인데, 컴퓨터의 회로를 이루는 가장 작은 기본 단위라고 보면 된다. 즉, NAND소자 1개부터 “컴퓨터”라고 부를 만한 것을 상상할 수 있는 것이다. 이 개념은 우리가 “물질”이라고 부르는 것을 원자로부터 만들어지는 것으로 생각하고, “생물”이라고 부르는 것을 세포로부터 만들어지는 것으로 생각하는 것과 같은 방법이다. 컴퓨터는 실제로 만들어진 재료와 성분이 기술의 발전에 따라 달라질 수는 있어도, 모두 NAND 소자를 엮어서 만든 것이다. 이것을 우리는 논리회로라고 부른다.

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