폰 노이만 구조

 

폰 노이만 구조에 대해 공부하다보니 우리가 지금 쓰는 마더보드가 달리기 이전 컴퓨터들에 대해 나와서 매우 당황스러웠다.

 

이 구조가 나오기 이전의 컴퓨터들은 스위치를 직접 설치하고 전선을 연결하여 데이터를 주고 받는식으로 프로그래밍 해야했고, 진공관이랑 스위치등 엄청난 양의 부품들과 전력을 소모하여 크기도 매우컸다고 한다.

 

애니악의 회로(좌측)와 스위치(우측)

 

이렇다보니 존 폰 노이만이라는 수학자가 프로그램과 데이터를 모두 기억장소에 저장하여 실행하는 방식이 바로 [프로그램 내장방식]이라는 개념이였다.

 

폰 노이만 컴퓨터 구조는 제어장치, 산술·논리 연산장치, 기억·저장장치, 입력장치, 출력장치로 구분할 수 있다. 

 

CPU,Centeral Processing Unit ( 핵심프로세싱 장치, 중앙 처리 장치)

 

크게 보면 중앙처리장치 (CPU), 메모리, 프로그램 세 가지로 구성되어 있으며 폰 노이만 구조의 핵심은 CPU와 메모리를 분리하여 명령어를 따로 저장하는 방식이 프로그램 내장방식이다.

 

기존에 하나의 기기를 스위치로 조작하던 방식에서 CPU와 메모리를 분리하고, '연산 작업'을 [프로그램] 메모리에 순서대로 저장한다. 

 

그리고 해당 연산 작업에 필요해질 때 저장해놓은 [프로그램]을 찾아 데이터 영역으로 꺼내온 뒤 입력값과 함께 CPU에 전달하여 연산작업을 진행한다.

 

CPU에서 데이터 연산을 마친뒤 다시 메모리에 저장한다.

 

CPU와 메모리는 서로 분리되어 있지만, 둘을 연결하는 버스를 통해 명령어 읽기, 데이터 읽고 쓰기가 가능하다.

 

그리고 그런 방식으로 탄생한것이 바로 에드삭(EDSAC) 이다.

 

폰노이만 구조는 하드웨어를 재배치할 필요 없이 프로그램인 소프트웨어만 교체하면 되므로, 소프트웨어 프로그래밍이 가능한 세계 최초의 프로그램 내장방식 컴퓨터인 에드삭(EDSAC)를 탄생시켰다. 현재 일반적으로 사용되는 있는 컴퓨터들은 모두 폰 노이만 방식을 따르고 있다.

 

SB(사우스 브릿지)는 입출력 장치(USB, 외장포트)를 관리, 제어하는 곳이다. 밑의 여분의 슬롯은 그래픽이나 하드디스크를 연결하는 곳이다.

 

 

이 구조는 우리 현대사회의 컴퓨터구조에 아직도 쓰고있으나, 만능은 아니였다.

 

바로 CPU와 메모리 사이의 병목현상이 문제였다.

 

프로그램이란는 개념을 사용해서 명령들을 메모리에 저장하고, 꺼내쓰는건 좋았지만 문제는 CPU 와 메모리 사이에서 명령들을 전송하는 속도가 느린것과 더불어 메모리 안에서 원하는 프로그램을 찾는 작업도 엄청 느렸다.

 

즉, 실제 연산도중에 CPU가 아무일도 하지않고 노는 병목현상이 쉽게 발생하는 문제가있다.

 

이 방식의 단점인 병목현상을 해결하려고 각 프로세서 제조업체들은 이방식 저방식 다 시도하는 중인데,그중 대표적인게 대규모 병렬처리, 멀티 코어 프로세서 개념까지 도달했다.

 

그러나 결국 기본틀은 폰노이만 구조라 아직 완벽히 해결은 못했고,아직도 여러 방식으로 연구 개발중이다.

 

 

 

개인적으로 인텔 CPU 병목현상이 심각하다 뭐다할때는 그렇구나~~ 하고 넘어갔던걸 이번에 왜 그런지 이유를 알게되니 이게 참... 어쩔수 없구나 싶기도하고 아직도 최초의 내장방식을 그대로 따르고 있으니 당연한가 싶기도 하다.

 

그리고 새로운 틀을 다시 만드는게 생각보다 힘들구나 하고 느낀것같다.

 

 

참조: https://jiwondev.tistory.com/109

컴퓨터 구조 #2 (컴퓨터의 탄생, 폰노이만 구조)

 

참조2:https://hanaindec.tistory.com/entry/%ED%8F%B0-%EB%85%B8%EC%9D%B4%EB%A7%8C-%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%84%B0-%EA%B5%AC%EC%A1%B0?category=1077953

폰 노이만 컴퓨터 구조