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컴퓨터 아키텍처
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컴퓨터 아키텍처

  • 우종정
  • |
  • 한빛아카데미
  • |
  • 2014-08-08 출간
  • |
  • 572페이지
  • |
  • 188 X 235 X 35 mm
  • |
  • ISBN 9791156641322
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북스크린영상으로 만나보는 한 권의 책 이야기

출판사서평

도서 장점

1. 컴퓨터의 기본적인 개념에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 더 나아가 성능 향상에 사용되는 고급 기술까지 최신 컴퓨터 구성과 동작의 원리를 이해하는 데 필요한 전반적인 내용을 다룬다.

2. 국내외 상위 대학에서 가장 많이 쓰는 『컴퓨터 구조 및 설계』(데이비드 패터슨, 존 헤네시 공저)를 모티브로 하여 쉽게 설명한 책이다. 16비트 기반의 picoMIP라는 명령어 집합을 사용하여 설명하기 때문에 컴퓨터 구조와 동작 원리를 실제적으로 학습할 수 있으면서도 간단한 명령어라 이해하기도 매우 좋다.

3. 컴퓨터의 성능 향상에 사용되는 최신 고급 기술인 파이프라이닝, 캐시 메모리, RAID, 병렬처리 등을 차례로 소개함으로써 현존하는 대부분의 컴퓨터의 설계 개념을 이해할 수 있다.

4. 대학 교재로는 물론 컴퓨터 시스템을 개발하는 연구소나 기업체의 연구원에게도 전문서적으로 활용할 수 있다.

도서 특징(책 표지글)
16비트 기반의 picoMIPS 명령어 집합을 사용하여
컴퓨터의 구성과 동작 원리를 쉽게 이해할 수 있다.

【누구를 위한 책인가?】
이 책은 컴퓨터 시스템의 개요에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 고급 기술인 파이프라이닝, RAID, 캐시 메모리, 병렬 처리 등을 다룹니다. 컴퓨터의 동작 원리를 이해하고자 하는 컴퓨터/전기?전자/정보통신 공학과 학생과 컴퓨터 시스템을 개발하는 연구소 및 기업체의 연구원을 대상으로 합니다. 독자들이 이 책을 통해 컴퓨터의 구성과 동작 원리를 이해하여 컴퓨터의 기능을 활용하는 수준에서 벗어나 컴퓨터 기술 발전에 원동력이 되길 바랍니다.

부/장별 내용 요약

1장 : 컴퓨터의 구성 요소를 살펴보고 컴퓨터를 분류한 후 컴퓨터와 관련된 중요 용어를 학습한다. 그리고 컴퓨터를 이해하기 위해 하드웨어와 소프트웨어의 관계를 파악한다.

2장 : 컴퓨터의 진화 과정과 세대별 발전, 컴퓨터와 관련된 획기적인 지표와 원리를 살펴본다. 그리고 컴퓨터의 성능, 성능 향상에 영향을 미치는 요소와 개선 방법을 학습한다.

3장 : 컴퓨터의 언어인 명령어 집합의 의미와 특성을 파악한 후 프로세서에서 명령어가 동작하는 과정을 분석하고 컴퓨터에서 필요한 연산의 종류를 살펴본다. 또한 CPU 내부 저장장치의 필요성에 대해서도 학습한다.

4장 : 다양한 종류의 명령어 집합을 비교하고 데이터의 주소 지정 방식을 학습한 다음, 이 책의 기본 아키텍처로 사용할 picoMIPS의 명령어 형식을 살펴본다.

5장 : 컴퓨터에서 데이터를 표현하는 방식을 살펴보고 데이터를 처리하는 연산장치를 설계하기 위해 디지털 논리회로의 기본 개념을 학습한다.

6장 : 정수와 실수의 연산 알고리즘을 이해하고 연산장치의 구조와 데이터의 입출력 경로를 살펴본다.

7장 : 명령어의 실행 과정을 단계별로 분석하고 명령어를 실행하기 위한 데이터 경로를 구성해본다.

8장 : 제어장치의 역할 및 종류, 마이크로 연산 등을 살펴본 후 제어장치의 구현 방법을 학습한다. 그리고 기본 아키텍처로 사용하는 picoMIPS를 위한 제어장치를 설계한다.

9장 : 파이프라이닝의 개념 및 파이프라이닝에 의한 성능 향상을 파악하고 기본 아키텍처인 picoMIPS에 이를 적용해본다. 이어서 파이프라이닝에 의한 성능 향상의 방해 요소인 해저드와 인터럽트를 살펴보고, 슈퍼스칼라 파이프라이닝 등에 대해서도 학습한다.

10장 : 메인 메모리의 의미와 동작 원리를 이해하고 RAM과 ROM의 특징을 살펴본다. 그리고 DRAM의 대역폭을 향상하는 기법인 광폭버스 메모리, 교차 메모리, DRAM 구성을 최적화함으로써 성능을 향상한 SDRAM 등을 살펴본다.

11장 : 메모리 계층 구조의 상위에 위치한 캐시 메모리의 특징과 동작 메커니즘, 성능 향상을 위한 다양한 전략을 살펴본다.

12장 : 가상기억장치의 필요성과 의미를 살펴보고 가상기억장치에 필수적으로 수반되는 주소 변환 과정의 원리를 이해한다. 그리고 주소 변환 기법의 문제점을 분석한 후, 향상된 주소 변환 기법에 대해 알아본다.

13장 : 데이터를 처리하는 데 필요한 하드디스크와 같은 주변장치에 대해 살펴보고 주변장치의 성능 향상 기법을 학습한다. 또한 중앙처리장치가 주변장치를 인식할 수 있는 주소 지정 방식도 살펴본다.

14장 : 데이터의 전송 방식, 인터럽트 처리, 버스의 구조와 제어 및 중재 방식, 입출력 버스 표준과 버스의 성능 향상에 대해 살펴본다.

15장 : 병렬 처리의 기본적인 개념과 병렬 시스템의 종류를 살펴본다. 그리고 각종 병렬 처리 시스템의 구성과 상호 연결망에 대해 학습한다.

목차

지은이 머리말 ? 4
이 책의 사용 설명서 ? 6

Chapter 01 컴퓨터 시스템의 개요 ? 021
1 컴퓨터 시스템 ? 023
1 컴퓨터 시스템의 개념적 구성 ? 023
2 컴퓨터 시스템의 4대 기능 ? 024
3 비트, 바이트, 워드 ? 024

2 컴퓨터 하드웨어 ? 026
1 중앙처리장치 ? 026
2 기억장치 ? 027
3 주변장치 ? 028
4 기타 하드웨어 ? 029

3 컴퓨터 소프트웨어 ? 032
1 시스템 소프트웨어 ? 032
2 응용 소프트웨어 ? 034

4 운영체제와 부팅 ? 035
1 운영체제 ? 035
2 부팅 ? 035

5 컴파일러와 인터프리터 ? 038
1 컴파일러 ? 038
2 인터프리터 ? 039

6 컴퓨터의 분류 ? 041
1 처리 능력에 의한 분류 ? 041
2 사용 목적에 의한 분류 ? 042
3 응용 분야에 의한 분류 ? 042
4 사용 데이터에 의한 분류 ? 043

7 컴퓨터의 구조, 구성, 실현 ? 044
1 컴퓨터 구조 ? 044
2 컴퓨터 구성 ? 045
3 컴퓨터 실현 ? 046
4 컴퓨터 계열 ? 046

8 하드웨어와 소프트웨어의 상호 조정 ? 047
요약 ? 049 연습문제 ? 051


Chapter 02 컴퓨터의 발전과 성능 ? 055
1 컴퓨터의 세대별 발전 ? 057

2 현대 컴퓨터 발전의 지표 ? 061
1 폰노이만 아키텍처 ? 061
2 무어의 법칙 ? 064

3 컴퓨터의 성능 ? 066
1 성능의 정의 ? 066
2 암달의 법칙 ? 068

4 CPU 성능 분석 ? 072
1 성능에 영향을 미치는 요소 ? 072
2 성능에 영향을 미치는 요소의 분석 ? 076

5 벤치마크와 성능 척도 ? 079
1 벤치마크 ? 079
2 MIPS와 MFLOPS ? 080
요약 ? 083 연습문제 ? 084

Chapter 03 명령어 집합 ? 087
1 명령어 집합 ? 089
1 명령어 집합의 의미 ? 089
2 명령어 집합 구조 ? 089
3 명령어 집합 설계 ? 090

2 명령어의 특성 ? 092
1 피연산자의 수 ? 092
2 명령어의 길이 ? 094

3 CPU의 기본 구성과 가상 명령어 집합 ? 096
1 CPU의 기본 구성과 명령어의 실행 순서 ? 096
2 가상 컴퓨터 명령어 ? 098
3 좋은 명령어 집합 구조 ? 104

4 연산 ? 106
1 연산의 종류 ? 106
2 분기 명령 ? 107
3 프로시저의 호출과 복귀 ? 111

5 명령어와 CPU 기억장치 ? 115
요약 ? 118
연습문제 ? 120


Chapter 04 명령어 집합의 분류와 주소 지정 방식 ? 123
1 피연산자의 수와 명령어 집합 ? 125
1 누산기 컴퓨터 ? 125
2 스택 컴퓨터 ? 128
3 범용 레지스터 컴퓨터 ? 132

2 명령어와 메모리 ? 137
1 메모리 속성 ? 137
2 메모리 정렬 ? 139
3 엔디언 방식 ? 140

3 주소 지정 방식 ? 142
1 0-단계 주소 지정 방식 ? 142
2 1-단계 주소 지정 방식 ? 143
3 2-단계 주소 지정 방식 ? 145

4 복잡도에 따른 명령어 집합 ? 148
1 CISC의 탄생과 특징 ? 148
2 RISC의 탄생 ? 149
3 RISC의 특징 ? 150
4 RISC와 CISC의 전망 ? 152

5 picoMIPS 명령어 집합 구조 ? 153
1 picoMIPS의 개요 ? 153
2 picoMIPS의 명령어 형식과 종류 ? 154
요약 ? 157
연습문제 ? 158

Chapter 05 데이터와 디지털 논리회로 ? 161
1 데이터의 개요 ? 163
1 데이터의 종류 ? 163
2 데이터의 형식 ? 164
3 데이터와 진법 ? 164

2 정수 ? 166
1 무부호 정수의 표현 ? 166
2 유부호 정수의 표현 ? 168
3 2의 보수 방식의 대중성 ? 172

3 실수 ? 174
1 실수의 개요 ? 174
2 정규화와 잠복 비트 ? 175
3 IEEE-754 표준 ? 176
4 범위와 정밀도 ? 178

4 비수치 데이터 ? 180
1 BCD 코드 ? 180
2 ASCII 코드 ? 182
3 유니코드 ? 183

5 디지털 논리회로 ? 184
1 논리 게이트 ? 184
2 조합 논리회로와 순차 논리회로 ? 184
3 디코더와 인코더 ? 186
4 멀티플렉서와 디멀티플렉서 ? 188
5 반가산기와 전가산기 ? 189
6 레지스터 파일 ? 190
요약 ? 192
연습문제 ? 194


Chapter 06 연산장치 ? 197
1 연산장치의 개요 ? 199
1 연산장치와 레지스터 파일 ? 199
2 산술장치와 논리장치의 통합 ? 201
3 플래그 레지스터 ? 202

2 정수의 덧셈 ? 204
1 덧셈 연산 ? 204
2 덧셈?뺄셈장치 ? 206

3 정수의 곱셈 ? 208
1 곱셈 연산 ? 208
2 시프트-덧셈 방식의 곱셈 연산 ? 209
3 Booth 알고리즘 ? 213

4 정수의 나눗셈 ? 217
1 나눗셈 연산 ? 217
2 복원 알고리즘 ? 218
3 비복원 알고리즘 ? 221

5 부동 소수점의 연산 ? 224
1 부동 소수점의 덧셈 ? 224
2 부동 소수점의 곱셈과 나눗셈 ? 225
3 가드 디지트 ? 227
요약 ? 229
연습문제 ? 230


Chapter 07 데이터 경로 ? 233
1 데이터 경로의 이해 ? 235
1 데이터 경로 ? 235
2 데이터 경로의 두 가지 방식 ? 236

2 명령어 실행과 데이터 경로 ? 239
1 picoMIPS의 명령어 형식 ? 239
2 picoMIPS 명령어의 단계적 실행 ? 240
3 데이터 경로의 기본 골격 ? 241

3 단일 사이클 방식의 명령어 실행 ? 244
1 명령어 인출 ? 244
2 명령어 해독과 레지스터 읽기 ? 245
3 명령어 종류별 실행 ? 245

4 다중 사이클 방식의 명령어 실행 ? 252
1 명령어 인출 ? 252
2 명령어 해독과 레지스터 읽기 ? 253
3 덧셈 명령어 실행 ? 254
4 적재 명령어 실행 ? 254

5 데이터 경로의 구체화와 성능 비교 ? 257
1 데이터 경로의 구체화 ? 257
2 단일 사이클 방식과 다중 사이클 방식의 성능 비교 ? 261
요약 ? 263


Chapter 08 제어장치 ? 267
1 제어장치의 이해 ? 269
1 제어장치 ? 269
2 마이크로 연산과 제어 신호 ? 270
3 PROM과 PLA ? 272

2 제어장치 구현 방식 ? 275
1 제어 신호의 생성 ? 275
2 제어장치 구현의 두 가지 방식 ? 276

3 마이크로프로그래밍 방식의 제어장치 ? 279
1 마이크로 명령어의 구성 요소 ? 279
2 마이크로 명령어의 제어 ? 280
3 마이크로 명령어의 형식 ? 282

4 단일 사이클 방식 데이터 경로를 위한 제어장치 ? 284
1 제어 신호의 종류 ? 284
2 명령어 실행을 위한 마이크로 연산과 제어 신호 ? 286
3 제어장치 구현 ? 289

5 다중 사이클 방식 데이터 경로를 위한 제어장치 ? 293
1 제어 신호의 종류 ? 293
2 명령어 실행을 위한 마이크로 연산과 제어 신호 ? 294
요약 ? 301
연습문제 ? 303


Chapter 09 파이프라이닝 ? 305
1 파이프라이닝의 개요 ? 307

2 순차 처리와 병행 처리 ? 310
1 프로세서 구현 방식 ? 310
2 파이프라이닝의 성능 ? 311

3 picoMIPS 아키텍처와 파이프라이닝 ? 314
1 구현 방식에 따른 picoMIPS의 성능 ? 314
2 picoMIPS 파이프라인의 문제점 ? 315
3 picoMIPS 파이프라이닝과 제어 신호 ? 316

4 해저드 ? 317
1 해저드의 의미와 종류 ? 317
2 구조적 해저드 ? 318
3 데이터 해저드 ? 319
4 명령어 해저드 ? 321

5 해저드의 영향과 해결 방법 ? 324
1 해저드의 영향 ? 324
2 해저드 해결 방법 ? 326

6 인터럽트와 공격적 파이프라이닝 ? 330
1 인터럽트 ? 330
2 공격적 파이프라이닝 ? 332
요약 ? 335
연습문제 ? 336


Chapter 10 메모리 ? 339
1 메모리의 개요 ? 341
1 CPU와 메모리 ? 341
2 읽기?쓰기 동작 ? 342
3 메모리 용량과 데이터 크기 ? 344
4 메모리 접근 시간과 사이클 시간 ? 345
5 저장장치의 특징 ? 345

2 메모리의 종류와 구성 및 동작 ? 347
1 DRAM과 SRAM ? 347
2 DRAM의 구성과 동작 ? 348
3 DRAM의 확장 ? 350
4 메모리 재충전 ? 352
5 ROM ? 352

3 메모리의 성능 향상 ? 354
1 광폭버스 메모리와 교차 메모리 ? 354
2 파이프라인 메모리와 연관 메모리 ? 359

4 DRAM 칩 구성의 개선과 성능 향상 ? 360
1 FPM DRAM ? 360
2 EDO DRAM ? 360
3 RDRAM ? 361
4 SDRAM ? 361
5 차세대 메모리 ? 364

5 메모리 계층 구조 ? 366
1 지역성 원리 ? 366
2 계층적 메모리의 의미와 특징 ? 367
3 메모리 계층 구조의 원리와 전송 단위 ? 368
4 설계 논점 ? 370
요약 ? 371
연습문제 ? 373


Chapter 11 캐시 메모리 ? 377
1 캐시 메모리의 개요 ? 379
1 적중과 실패 ? 379
2 캐시 메모리의 기본 구성과 동작 ? 381
3 캐시 메모리의 전략과 설계 논점 ? 383

2 블록 사상 ? 384
1 블록 사상 방식의 개요 ? 384
2 직접 사상 ? 385
3 완전 연관 사상 ? 390
4 집합 연관 사상 ? 393

3 블록 교체와 블록 갱신 ? 399
1 블록 교체 방식 ? 399
2 블록 갱신 방식 ? 401

4 캐시 메모리를 통한 성능 향상 ? 403
1 캐시 실패의 유형 ? 403
2 유효 접근 시간 ? 404
3 캐시 메모리의 성능 개선 ? 405
4 블록 크기, 캐시 용량, 캐시 연관도 ? 406
5 다단계 캐시와 분할 캐시 ? 408
요약 ? 409
연습문제 ? 411


Chapter 12 가상기억장치 ? 413
1 가상기억장치의 개요 ? 415
1 가상기억장치의 필요성 ? 415
2 메모리 중첩 ? 416

2 가상기억장치와 주소 변환 ? 418
1 가상기억장치의 의미 ? 418
2 가상기억장치의 종류 ? 420
3 가상기억장치의 구성과 관리 기법 ? 421
4 주소 변환 ? 423
5 가상 주소 캐시 ? 425

3 기본적인 주소 변환 기법 ? 427
1 재배치 레지스터 방식 ? 427
2 페이지 테이블 방식 ? 429
3 세그먼트 테이블 방식 ? 432

4 향상된 주소 변환 기법 ? 435
1 역방향 페이지 테이블 방식 ? 435
2 변환 색인 버퍼 방식 ? 439
요약 ? 442
연습문제 ? 444

Chapter 13 주변장치 ? 447
1 주변장치의 개요 ? 449
1 주변장치 병목 현상 ? 449
2 주변장치의 분류 ? 450
3 성능 척도 ? 450

2 하드디스크 ? 452
1 하드디스크의 기초 ? 452
2 하드디스크의 논리적 구조와 데이터 구성 ? 453
3 주소 지정 방식 ? 455
4 하드디스크의 성능 ? 456

3 광학 디스크 ? 458
1 광학 디스크의 기초 ? 458
2 CD와 CD-ROM ? 459
3 DVD와 BD ? 460

4 기타 주변장치 ? 462
1 입력장치 ? 462
2 출력장치 ? 464
3 기타 저장장치 ? 466

5 RAID ? 469
1 RAID의 의미와 분류 ? 469
2 RAID 0 ? 470
3 RAID 1 ? 471
4 RAID 2 ? 471
5 RAID 3 ? 472
6 RAID 4 ? 473
7 RAID 5 ? 473
8 RAID 6 ? 474

6 입출력 시스템 ? 475
1 입출력장치의 개요 ? 475
2 IO 모듈 ? 476
3 장치 구동기 ? 477

7 입출력장치의 주소 지정 ? 479
1 메모리 사상 입출력 방식 ? 479
2 분리형 입출력 방식 ? 480
요약 ? 482
연습문제 ? 484


Chapter 14 데이터 전송 방식과 버스 구조 ? 487
1 데이터 전송 방식 ? 489
1 프로그램 입출력 방식 ? 489
2 인터럽트 구동 방식 ? 491
3 직접 메모리 접근 방식 ? 493
4 IO 채널 방식 ? 495

2 인터럽트 ? 497
1 인터럽트의 종류 ? 497
2 인터럽트의 우선순위 ? 498
3 인터럽트의 처리 ? 499

3 버스의 개요 ? 501
1 버스의 의미와 용어 ? 501
2 버스에 의한 데이터 전송 과정 ? 502
3 분리형 버스 트랜잭션 ? 503
4 버스의 성능 향상 ? 504

4 버스의 분류 ? 505
1 시스템버스와 IO버스 ? 505
2 전용 버스와 다중화 버스 ? 506
3 동기식 버스와 비동기식 버스 ? 507

5 버스 중재 ? 510
1 버스 중재 방식의 개요 ? 510
2 중앙 집중식 중재 방식 ? 512
3 분산식 중재 방식 ? 513

6 IO버스 표준 ? 516
1 PCI ? 516
2 SATA ? 517
3 SAS ? 518
4 USB ? 518
5 IEEE 1394 ? 519
요약 ? 520
연습문제 ? 522



Chapter 15 병렬 처리 ? 525
1 병렬 처리의 개요 ? 527
1 단일 프로세서의 한계 ? 527
2 병렬 처리와 요구 조건 ? 528
3 컴퓨터 시스템의 분류 ? 529

2 SIMD 방식 병렬 처리 ? 532
1 벡터 프로세서 ? 532
2 GPU ? 534

3 다중 프로세서 시스템 ? 535
1 다중 프로세서 시스템의 개요 ? 535
2 UMA 구조와 NUMA 구조 ? 536
3 멀티코어 ? 538

4 다중 컴퓨터 시스템 ? 540
1 다중 컴퓨터 시스템의 개요 ? 540
2 클러스터 ? 542

5 상호 연결망 구조 ? 545
1 상호 연결망의 특징 ? 545
2 정적 상호 연결망 ? 546
3 동적 상호 연결망 ? 550
요약 ? 555
연습문제 ? 557

참고자료 ? 560
찾아보기 ? 561

도서소개

이 책은 컴퓨터 시스템의 개요에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 고급 기술인 파이프라이닝, RAID, 캐시 메모리, 병렬 처리 등을 다룹니다. 컴퓨터의 동작 원리를 이해하고자 하는 컴퓨터/전기?전자/정보통신 공학과 학생과 컴퓨터 시스템을 개발하는 연구소 및 기업체의 연구원을 대상으로 합니다. 이 책을 통해 컴퓨터의 구성과 동작 원리를 이해하여 컴퓨터의 기능을 활용하는 수준에서 벗어나 컴퓨터 기술 발전에 원동력이 되길 바랍니다.

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