컴퓨터 하드웨어의 스펙과 성능

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21세기와 컴퓨터 : 2012년 2학기

주요 개념

  • 플로피 디스크 : Floppy Disk
  • 하드 디스크 드라이브 : Hard Disk Drive (HDD).
  • RAM : Random Access Memory
  • CPU : Central Processor Unit
  • POST : power-on self-test
  • 마더보드(Motherboard)
  • 캐쉬(Cache) : CPU에서 자주 접근하게 되는 데이터를 빠르게 접근하기 위해 부착한 아주 작은 용량의 초고속 저장장치
  • 헤르츠(Hz) : 1초에 일어나는 횟수.
  • RPM : 1분에 회전하는 횟수.

데이터의 저장 =

하드디스크.png가장 널리 사용되는 저장 장치는 하드디스크이다. 과거에는 플로피디스크였다. 하드디스크나 플로피디스크의 저장/읽기 방법은 마그네틱카드나 카세트테이프와 같은 원리이다. 기본적으로 이러한 저장 매체는 얇은 판 위에 자성체(쇳가루)가 코팅되어 있다. 이 판이 움직일 때, 그 위에 전류가 흐르는 전자석이 있으면, 판에 있던 자성체들이 그 전자석의 방향대로 자화되어 정렬되어, 1 또는 0의 데이터를 저장하게 된다. 반대로 이 판이 움직일 때 그 위에 전류가 흐르지 않는 코일(전자석)이 있으면, 그 판의 자화 방향에 의해 코일에 전류가 유도되어 데이터를 읽게 된다.

플로피디스크는 같은 크기에 대해 상대적으로 적은 용량의 데이터만 저장할 수 있었지만, 현재의 하드디스크는 그보다 훨씬 많은 용량의 데이터를 저장할 수 있다. 어떻게 그럴 수 있을까? 헤더의 크기를 줄이고(물론 오류가 나지 않도록 정밀하게 만들어야. 이를 위해 헤더는 플래터에 매우 근접해야 하지만 플래터에 닿으면 안된다!), 플래터의 수를 늘림으로써. 한편 용량이 늘어나면 데이터를 찾기 어려울 수 있다. 이를 해결하기 위해 용량이 늘어날수록 플래터의 회전속도도 같이 빨라져야 한다. 최근에는 5400 RPM이니 하는 속도로 회전한다.

CD, DVD, 블루레이 디스크 등은 빛을 이용해 데이터를 읽는 장치이다. 표면의 상태를 아주 가는 빛을 투과시켜 검사하는 것이다. CD와 DVD와 블루레이는 거의 똑같이 생겼다. 어떻게 용량을 늘릴 수 있을까? 표면의 상태를 읽는 빛의 종류를 바꿈으로써 가능하다. 높은 주파수의 레이저를 사용할수록 한 번에 검사하는 면적이 좁아진다.

컴퓨터의 구성 요소

컴퓨터에는 하드디스크 말고도 다른 종류의 저장장치가 있는데, 이 저장장치는 아주 작은 트랜지스터를 통해 0과 1을 표현한다. 이 저장장치는 컴퓨터를 켤 때마다 검사되고 초기화된다. 이 저장장치는 바로 RAM이다. 실제로 컴퓨터를 켜면 가장 먼저 나오는 화면이 있다. 이 화면에는 어떤 숫자들이 빠르게 올라가면서 RAM의 모든 비트가 제대로 작동하는지를 확인한다(이를 POST, 또는 power-on self test라고 한다). 이것이 확인되고 나면, 컴퓨터는 하드디스크에 저장된 일부 데이터(컴퓨터를 사용하기 위해 필수적인 부분)를 RAM에 옮겨 담는다.

이때 데이터는 하드디스크에서 RAM으로 이동한다. 이 외에도 RAM에서 모니터로, RAM과 CPU, RAM과 CD 드라이브 등, 컴퓨터 내에서는 서로 다른 장치들 사이의 데이터 이동이 잦다. 이러한 데이터 이동 및 각 부품의 작동을 통제하는 장치를 마더보드, 또는 메인보드라고 한다. 컴퓨터의 부품들 사이를 통과하는 거의 모든 신호는 이 마더보드를 통해 이동한다. 하드디스크, RAM을 비롯해 컴퓨터의 뇌라고도 할 수 있는 CPU까지 컴퓨터의 모든 부품들은 마더보드에 부착되어 있다. 오직 CPU만이 컴퓨터에서 0과 1을 “이해(?)”할 수 있는 장치이다.

일반적으로, 컴퓨터에는 두 종류의 기억장치가 있다. 하드디스크와 RAM. 하드의 용량은 몇백 기가, 몇 테라 바이트에 달하는 반면, RAM의 용량은 몇 기가, 커봐야 몇십 기가밖에 안 된다. RAM은 임시 기억장치로, 전원을 끄면 자료가 사라지는 반면, 하드는 영구 기억장치로, 전원을 꺼도 자료가 사라지지 않는다. RAM은 보통 하드보다 빠르지만 그만큼 비싸다. 그러나 컴퓨터에서 데이터를 이용해 어떤 작업을 하기 위해서, 그 데이터는 무조건 RAM에 옮겨져야(load up) 한다. 예를 들어, 한글 문서가 하드에 저장되어 있다고 해도, 그 문서를 보기 위해서는 그 문서를 일단 RAM에 업로드해 놓아야 한다. 또한 한글2010과 같은 프로그램도 RAM에 업로드되어 있어야 한다. 궁극적으로, RAM에 업로드된 것만이 CPU를 통해 읽혀지고 처리될 수 있다.

사실, 더 정확히 말하자면, RAM와 CPU 사이에는 L2 캐쉬(몇백~천 KB))와 L1 캐쉬(몇십~백몇십KB)라는 작은 저장장치에도 저장된다. 이 캐쉬는 RAM과 비슷한 기능을 하지만, RAM보다 더 빠르고, 더 작고, 더 비싸다.

RAM이나 캐쉬가 필요한 이유는 무엇일까? 프로그램을 시작할 때 시간이 오래 걸리는 이유는 무엇인가?

CPU의 성능은 보통 그 속도에 의해 묘사된다. 2GHz CPU 등의 말을 들어보았을 것이다. 이 말은 그 CPU가 1초에 대략 20억 번의 (기초)연산을 수행할 수 있다는 뜻이다. 이러한 일이 가능한 것은 그 안에 매우 빠르게 일정한 간격으로 진동하는 수정이 있기 때문이다(보통의 손목시계와 같은 원리). 한 번에 수행할 수 있는 기초연산으로는 덧셈, 뺄셈 같은 작업을 들 수 있다. 곱셈 같은 작업은 보통 시간이 좀더 걸린다.

본체 열어보기

  • 전원공급장치(PSU), HDD, ODD, 마더보드, 데이터케이블(SATA vs. IDE/ATA)
  • 마더보드에 꽂혀 있는 것들 : 전원케이블, 데이터케이블, RAM, CPU, 확장카드, 수은전지
  • HDD나 ODD에 꽂아야 하는 것 : 전원케이블, 데이터케이블
  • CPU : heat sink, 팬. 이러한 쿨러 왜 필요? 엄청나게 빠르게 진동하면서 엄청난 열 발생. 컴퓨터 업그레이드를 하고 싶더라도 CPU는 바꾸지 않는 것이 좋다. 왜? CPU를 바꾸려면 보통 나머지 대부분도 바꿔야 함.
  • RAM : 보통 CPU 근처에 있음. 뒷면 가까이에 있는 확장슬롯과 헷갈리지 말 것. RAM 추가 또는 교체는 컴퓨터의 성능을 업그레이드하는 가장 쉽고 간편한 방법임. 간단한 조사를 통해 적절한 종류를 확인한 후, RAM을 추가하거나 교체하면 끝.
  • 유의점 : 보드나 카드의 끝부분을 잡을 것. 카페트 같은 곳에서 하면 정전기 발생 위험이 있음.
  • 컴퓨터를 열면 무엇이 좋은가? 잘 하면 돈을 절약할 수도 있음. 간단하게 진단 및 교체 가능.
  • 간단한 질문 : RAM을 추가하면 무엇이 좋은가? 컴퓨터의 “스피드”를 올릴 수 있다. 어떤 의미에서? 동시에 더 많은 프로그램을 끊김 없이 실행시킬 수 있다는 의미에서. 만약 RAM이 소진되면, 새로운 프로그램을 실행시킬 때 컴퓨터는 그 프로그램을 하드디스크에 있는 공간인 “버추얼 메모리”에 올려두게 된다. 이렇게 되면 프로그램을 전환할 때마다 시간이 오래 걸리게 된다.
  • 컴퓨터 뒷면의 단자들과 케이블 연결.