현대 컴퓨터의 구조는 폰 노이만 구조를 기반으로 만들어졌다.
현대 컴퓨터의 핵심 원리는 폰 노이만 구조이다.
폰 노이만 구조는 존 폰노이만이 제시한 컴퓨터 구조이다. 프로그램 내장 방식이라고 불린다.
컴퓨터 초기에는 스위치를 설치 후 전선들을 연결해 데이터를 전송하고 처리하는 식으로 프로그래밍하였다.
폰 노이만 구조는 메모리, 제어 장치, 연산 장치, 출력 장치의 다섯 가지 주요 요소로 구성되며, 프로그램 내장 방식을 기반으로 하고 있다.
초기 컴퓨터
폰 노이만 구조 이전의 컴퓨터는 배전반의 연결을 통해 연산을 수행했다. 여기서 만약 다른 연산을 하고 싶다면 컴퓨터에 연결된 하드웨어(배선)의 위치를 바꿔가며 프로그래밍을 수행했었다.
이런 불편함을 해결하기 위해 새로운 아키텍처가 탄생했다.
그것이 바로 폰 노이만 구조!!
폰 노이만 구조
폰 노이만 구조는 최초의 프로그램이 내장된 컴퓨터 방식이다. 폰 노이만 구조로 인해 초기 컴퓨터의 단점 중 전선을 재배치하여 프로그래밍하는 번거로움을 해결하였다.
폰 노이만 구조는 소프트웨어만 교체하여 다른 연산을 수행할 수 있다.
폰 노이만 구조는 명령어를 통해 연산에 필요하거나 결과로 나온 데이터를 메모리에 보관한다.
보관한 데이터를 CPU로 가져와 연산을 수행하는 방식이다.
CPU와 메모리는 서로 분리되어 버스를 통해 데이터와 명령어를 주고받는다.
폰 노이만 구조는 크게 메모리, CPU(제어, 산순/논리), IO 시스템으로 구성된다.
내장 메모리에 대해 좀 더 알아보자
폰 노이만 구조의 내장 메모리 (Memory)에는 Primary Memory, Secondary Memory
메모리에 명령어와 데이터가 공존을 한다. 즉, 분리가 안되어있고 같이 존재하는 것이다.
다시 정리하면 폰 노이만 구조는 최초의 내장형 프로그램 방식인데 메모리에 명령어와 데이터가 분리되지 않고 공존하는 구조이다.
이것이 폰 노이만 구조의 가장 큰 단점이 된다.
폰 노이만 구조의 병목 현상(von-Neumann bottleneck)
원인
폰 노이만 구조에서 주기억장치에 명령어와 데이터를 모두 저장하고 한 번에 하나의 명령어를 처리.
현상 1. 명령어와 데이터를 동시에 읽고 쓰는 게 불가능.
현상 2. CPU와 주기억장치의 속도 차이로 인한 병목 현상 발생.
결론적으로 CPU와 메모리 간 데이터 전송률의 한계로 인해 병목현상이 발생한다.
해결방안으로 명령어 병렬처리 기법과 하버드 구조가 탄생하였다.
결론
폰 노이만 구조는 현대 컴퓨터가 존재할 수 있게 만들어준 아키텍처이다.
폰 노이만 구조는 최초의 내장형 프로그램 방식이다. 전에는 프로그래밍을 하기 위해 하드웨어의 변경이 필요했지만, 폰 노이만 구조로 인해 소프트웨어의 변경만으로 프로그래밍이 가능해졌다.
폰 노이만 구조의 구성 요소는 메모리, CPU, IO 시스템이 있으며 메모리와 CPU는 버스를 통해 데이터와 명령어를 송수신한다.
폰 노이만 구조는 메모리에 데이터와 명령어를 구분 없이 저장한다.
폰 노이만 구조의 병목 현상은 CPU와 메모리 간 처리 속도 차이와 한 번에 하나의 명령어 처리로 인해 병목 현상이 발생함.
병목 현상의 해결 방안으로 하버드 구조와 명령어 병렬 처리가 탄생함.
'이론 컴퓨터' 카테고리의 다른 글
| [컴퓨터구조] 메모리 (0) | 2024.11.24 |
|---|