컴퓨터의 구성 : 하드웨어와 소프트웨어

컴퓨터는 영어 단어 'compute'와 'er' 이 더해진 단어로 '계산하는 기계'라는 의미를 가지고 있습니다. 즉 컴퓨터는 '전자적으로 계산을 수행하는 장치'를 가리킵니다. 

 

컴퓨터는 크게 물리적인 부품인 하드웨어와 하드웨어를 작동할 수 있게 하는 소프트웨어로 나눌 수 있습니다. 하드웨어와 소프트웨어에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

 

 하드웨어의 중요한 구성 요소에는 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit), 주기억장치(Main Memory), 보조기억장치(Second Memory), 출력장치(Output device), 입력장치(Input device)가 있습니다.

 

하드웨어는 우리가 흔히 볼 수 있는 모니터, 하드디스크, 프린터 등을 대표적인 예로 들 수 있으며, 이는 컴퓨터에 사용되는 물리적 부품을 의미합니다.

입력, 연산, 제어, 기억, 출력이라는 컴퓨터의 다섯 가지 기능을 구현하기 위해서 여러 가지 부품들로 컴퓨터는 구성되어 있습니다. 

 

 

 중앙처리장치(CPU)는 프로세서라고도 불리며, 컴퓨터의 가장 핵심적인 장치입니다. CPU는 사람의 두뇌와 같은 역할을 수행하는데, 수리적 연산 및 논리적 연산 작업을 수행합니다.

 

 또 사람의 신경계와 유사하게 컴퓨터의 시스템이 적절하게 작동하도록 각 모듈에 신호를 보내고 제어하며 순서에 따라 세부 작업이 진행되도록 해줍니다.

이러한 역할을 하는 CPU는 연산장치(ALU), 레지스터(Register), 제어장치 등으로 구성되어 있습니다. 중앙처리장치 내에서는 모든 데이터가 바이너리 형태로 저장되고 바이너리 형태로 처리됩니다.

대형 컴퓨터 내에서는 CPU가 보드 형태로 제작됩니다. 또 소형 컴퓨터나 개인용 컴퓨터 등에서는 하나의 마이크로프로세서 칩의 형태로 구성됩니다. 

 

 

 필요한 정보를 저장하는 장치인 저장장치(기억장치)는 주기억장치와 보조기억장치로 나눌 수 있습니다. 

 

 주기억장치는 중앙처리장치에 의하여 즉시 처리할 데이터나 프로그램 코드를 저장합니다. 보조기억장치는 주기억장치를 보조하는 역할을 수행합니다. 

주기억장치에는 RAM(Random Access Memory)과 ROM(Read Only Memory)이 있으며, 보조기억장치에는 하드디스크(HDD), 플래시 메모리, 광학 디스크(블루레이 디스크, DVD, CD-ROM) 장치 등이 있습니다. 

모든 데이터는 저장장치 내에서 데이터의 특성에 맞게 바이너리 형태로 저장됩니다. 

 

 

 출력장치는 중앙처리장치에서 처리된 결과물을 시스템 외부로 출력해주는 장치입니다.

 

영상이나 사운드, 인쇄 등 매우 다양한 매체를 통해 사용자에게 정보를 제공하므로 그 종류가 다양합니다. 

대표적인 출력장치에는 프린터, 스피커, 모니터 등이 있다.

컴퓨터 내부에 저장된 디지털 데이터가 다시 외부 세계의 아날로그 데이터로 변환되어 출력됩니다. 

최근에는 멀티미디어 정보가 많아 문자, 동영상, 소리, 그림 등이 동시에 출력되는 경우가 많아졌습니다.

특히나 게임 지원 컴퓨터 시스템에서는 시각, 청각, 이외에도 촉각까지 활용한 출력장치가 개발되고 있습니다.

 

 

 입력장치는 컴퓨터 시스템의 외부로부터 데이터를 입력받을 수 있게 하는 장치입니다.

 

입력장치에는 마우스, 키보드, 터치스크린, 바코드 리더기, 카메라, 터치패드, 마이크 등이 있습니다.

입력장치는 컴퓨터가 활용되는 분야에 따라 매우 다양하게 존재합니다. 

입력장치는 아날로그 세계로부터 데이터의 입력받은 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 컴퓨터에 저장하거나 처리합니다. 

특히 스마트폰 등의 휴대용 기기에서는 이동 중에 입력할 수 있어야 하므로 터치패드나 소리 인식기를 사용한 입력장치가 관심을 받고 있습니다.

 

 

소프트웨어는 하드웨어를 작동시키기 위한 시스템 소프트웨어와 특정 작업을 수행하기 위한 응용 소프트웨어로 나뉩니다. 

 

컴퓨터 시스템은 하드웨어만으로는 동작이 되지 않습니다. 하드웨어를 동작시키기 위한 시스템 소프트웨어와 특정한 작업을 수행하기 위한 응용 소프트웨어가 필요하게 됩니다. 

시스템 소프트웨어에서 가장 핵심이 되는 부분은 운영체제와 펌웨어(Firmware)입니다.

운영체제는 하드웨어와 응용 소프트웨어의 작동을 관리하는 프로그램을 말하며, 우리가 잘 알고 있는 윈도우(Windows

), macOS, IOS가 이에 해당합니다.

펌웨어는 컴퓨터의 시작에 필요한 시스템 소프트웨어로 시스템의 초기 작동을 제어하는 역할을 합니다. PC에서 흔히 볼 수 있는 바이오스가 이에 해당이 되는 것입니다.

응용 소프트웨어는 사용자가 사용하는 프로그램으로 운영체제 위에서 작동합니다. 

 

 

컴퓨터 시스템을 처음 켜는 행위를 부팅(Booting)이라고 하며, 부팅은 '부트 스트래핑(Boot Strapping)에서 유래된 말로 '스스로 무언가 행한다'는 의미를 담고 있습니다.

 

컴퓨터의 전원을 켜게 되면 컴퓨터가 가장 먼저 하는 일은 시스템 내부의 하드웨어를 점검하고, 운영체제가 원활하게 작동할 수 있도록 컴퓨터의 초기화 작업을 수행하는 것입니다.

수행해야 할 일련의 과정들은 ROM 메모리에 기록되어 있기에 시스템을 켤 때 컴퓨터는 ROM 메모리로부터 시작 프로그램을 읽게 되는 것입니다.

이처럼 컴퓨터를 작동시키기 위해 시작되는 소프트웨어를 펌웨어라고 합니다.

 

펌웨어는 가장 먼저 컴퓨터 시스템 내의 하드웨어를 초기화하여 사용할 수 있는 상태로 만드는 작업을 수행합니다.

그다음에 펌웨어는 운영체제를 하드디스크와 같은 보조기억장치로부터 주기억장치인 RAM으로 가져와 CPU가 운영체제를 실행할 수 있도록 준비합니다.

이러한 일련의 과정이 끝나면 시스템의 초기화면이 나타나게 됩니다.

 

운영체제가 일단 주기억장치에 로드되면, 이후 컴퓨터의 모든 제어는 운영체제에 의해 주도됩니다. 

운영체제는 프로세서 관리, 주기억장치 관리, 보조기억장치 관리, 응용프로그램 관리, 입출력 디바이스 관리, 사용자 인터페이스 관리 등을 통해 컴퓨터 시스템을 관리합니다.