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이 책은 정보 시스템을 구성하는 핵심 요소인 컴퓨터 하드웨어의 구조에 대해 다루고 있다. 컴퓨터 시스템의 동작 원리와 기본적인 개념, 상호 연결 방식 등을 설명해 컴퓨터를 전공하는 학생들뿐만 아니라 관련 분야 종사자들 또한 기본 개념 및 원리를 자세하게 공부할 수 있도록 했다.

기본적인 컴퓨터 하드웨어 개념에 대한 세련된 접근 새로 개정된 이 책은 정보 시스템을 다루고 있는 현장 종사자들에게 필수적인 컴퓨터 구조에 대한 기본적인 모든 것을 다루고 있다. 이 책은 최근 컴퓨터의 내부 동작에 대해 주의 깊고, 깊이 있게, 비공학적인 관점에서 설명하였다. 학생들은 오래 전에 제시된, 변하지 않고 있는 컴퓨터의 기본 개념을 이해할 것이며, 시스템에 대한 지식을 토대로 의사결정을 할 수 있게 될 것이다. 컴퓨터 상호연결에 관련된 진보된 기술을 새로 개정된 이 책에 담았다. ㆍ최신 기술을 반영하여 모든 장과 예제를 완전히 업데이트하였다. ㆍ시스템의 개념을 설명하기 위하여 1장을 완전히 개정하였다. ㆍ버스에 관한 내용을 대폭 확장하여 11장의 ‘컴퓨터 시스템 구조’ 부분에 새로 추가하였다. ㆍ예제들은 개인용 컴퓨터에서 메인프레임까지 하드웨어의 여러 분야를 광범위하게 다루었다. ■ 저자 서문 최근에는 활용 가능한 많은 학습 자료들이 온라인으로 제공되고 있다. 위키피디아(Wikipedia), 구글(Google), 뉴스 제공자, 수백만 개의 웹 사이트 및 블로그, 심지어 유튜브(YouTube)까지 어떤 주제에 관한 것이든, 관심이 있거나 알고 싶은 정보를 제공해주고 있다. 그럼에도 불구하고, 나는 어떤 것을 깊이 있게 이해하기 위해서는, 일관된 접근방식과 초점을 가진 예전 형태의 종이에 인쇄한 교재를 따라올 수 있는 것은 없다고 믿고 있다. 나는 어떤 주제에 대한 것이든 새로운 책을 처음 볼 때는, 그 책이 읽을 만한 가치가 있는지를 우선 파악하려고 한다. 이것을 알 수 있는 방법은, 그 책이 항상 손에 지니고 다닐 가치가 있는지를 판단하는 것이다. 정보 시스템과 정보기술 분야는 정말 매력적인 분야이다! 이곳은 거의 매일 새로운 발전이 이루어지며, 정보를 다루고 생성하는 방법이 변화된다. 당연히 이러한 생기 있는 분야에는 도전이 뒤따른다. 정보 시스템(IS) 또는 정보기술(IT) 분야에서 성공하려면, 잘 적응해야 하고 유연해야 한다. 컴퓨터 시스템의 기술에는 많은 변화가 있었다. 컴퓨터란 결국, 정보 시스템의 기반이다. 컴퓨터 시스템에 대해 깊이 아는 것은 성공의 필수 요소를 알게 되는 것이다. 우리는 새로운 기술 발전에 대해 알아야 하며, 그 가치를 평가하고, 우리가 알고 있는 컴퓨터 시스템의 지식에 접목해야 한다. 이 책의 주제는 컴퓨터 시스템의 구조에 관한 것이다. 컴퓨터 구조는 디지털 컴퓨터의 구성과 동작에 관한 것이다. 컴퓨터 구조는 하드웨어의 동작 방법과 소프트웨어인 운영체제가 제공하는 서비스, 데이터의 획득과 처리, 저장 및 출력 및 컴퓨터들끼리의 상호작용에 관한 주제를 다룬다. 정보 시스템과 정보기술에 종사하는 사람들은 컴퓨터 구조에 관해 공부하는 것을 무시하려는 경향이 있다. 기술은 빠르게 변하고 있는데, 시대에 뒤떨어진 지식을 유지하려는 것이 가치 있는 일일까? 컴퓨터 기술이 급속히 발전한다는 것은 의심의 여지가 없다. PC 또는 휴대폰, 또는 MP3 플레이어에 들어 있는 프로세서의 성능은 25년 전의 메인프레임 컴퓨터보다 훨씬 더 우수하며, 메모리와 디스크 및 플래시의 저장용량 및 디스플레이 기능과 멀티미디어 처리 기능, 사용의 편리함 등은 불과 몇 년 전만 하더라도 생각도 할 수 없는 것들이다. 흥미로운 점은, 이처럼 기술이 더 깊이 발전함에도, 컴퓨터 구조의 개념은 지난 60년 동안 단지 명목상으로만 변했다는 것이다. 새로운 기술들은 이미 예전에 개발되었던 구조의 개념에 토대를 두고 있다. 현대 컴퓨터 시스템...의 구조는 1940년대에 개발되었다. 요즘의 PC가 가지고 있는 명령어 집합은 1950년대와 1960년대의 컴퓨터가 가졌던 것과 거의 유사하다. 요즘의 운영체제 기술은 1960년대에 개발된 것이다. GUI는 1960년대의 프로젝트에 기반한 것이며, 인터넷은 40년 전에 개발된 개념으로 구축된 것이다. 그러므로 컴퓨터 구조를 이해하면 기술 변화의 ‘흐름을 따라갈 수’ 있으며, 새로운 발전을 다룰 수 있는 감각을 익힐 수 있고, 그렇게 하는 것을 즐길 수 있다. 이 책을 다 읽고 나면 당연히 컴퓨터를 구성하는 하드웨어의 동작 원리 및 소프트웨어의 운영 개념을 잘 이해할 수 있게 될 것이다. 또한 컴퓨터끼리의 상호작용 및 컴퓨터와 데이터 사이의 상호작용도 알 수 있을 것이다. 이와 더불어 업무 회의나 구직 면접에서 다루는 많은 전문 용어도 배울 수 있다. 이 책은 학부생과 대학원생을 포함한 다양한 수준의 독자를 대상으로 하고 있다. 내용은 IS와 IT를 전공하는 학생들을 겨냥한 것이다. 학생들은 PC에 익숙한 것으로 간주하였지만, 명시적으로 사전 지식을 요구하는 것은 없다. 또한 몇 가지 기본적인 프로그래밍 기법을 익힌 것으로 가정한다. 비록 이 책에서 직접 프로그램을 작성하는 일은 없지만, 가끔 아이디어를 명확하게 설명하기 위해 프로그램 코드를 사용하며, 프로그램에 대한 지식은 명령어 집합을 설계하는 것과 프로그램 실행 개념을 이해하는 데 도움을 준다. 이 교재에 사용한 내용은 2008년 12월에 제정된 IS 2008 표준 교육과정의 초안에 따른 것이다. 이 책의 내용은 시스템 설계 및 구현 프로젝트 과정을 위한 유용한 배경이 될 수 있다. 강의를 맡은 분이 한 학기 동안에 이 책 내용 전부를 다룰 수는 없을 것이다. 이 책의 구성은, 학생들의 경험과 필요에 따라 강사가 중요한 주제를 수준에 맞게 다룰 수 있도록 설계하였다. 반면에 이 책은 학생이 정규 과정을 마친 훨씬 나중에도 유용한 참고 도서로 사용될 수 있도록 만들었다. 이 책은 전문가들이 사용할 수 있도록, 새로운 발전에 대한 기본 개념을 명확히 알아볼 수 있도록 하였다. 이 책은 저자가 Bentley 대학에서 IS 전공, 비전공 학부생 및 대학원생들을 30년 동안 가르친 것을 모은 것이다. 학생들의 반응은 내용과 접근 방식에 대해 전반적으로 매우 호의적이었다. 많은 학생이, 이 분야에 대한 그들의 지식이 졸업 후 그들의 이력에 직접적인 기여를 하였다고 말한다. 여하튼 학생들의 언급은 저자가 이 책을 계속 보완해 나가는데 많은 도움이 되었다. 이전 개정판에서 보아 왔듯이, 이번 제 4판의 내용도 최신의 기술 동향과 실제적인 내용을 반영하였다. 특히, 이제는 컴퓨터를 서로 연결시키는 네트워크를 고려하지 않고, 단독 장치로 취급하는 것은 더 이상 합당하지가 않다. 컴퓨터 네트워킹은 그에 해당하는 곳에서만 중요한 것이 아니라 컴퓨터 시스템의 여러 구성 요소를 통합하거나 시스템 자체로도 중요성이 강조되고 있다. ■ 제 4판의 구성 이 책의 저자로서 가장 고심했던 점은 컴퓨터 사용에 관한 중요한 변화를 반영하면서, 새로운 기술을 채택하고, 결과적으로 이러한 변화를 IS/IT 교육과정에 반영하면서도, 제 1판에서 만든 원칙을 유지하는 것이었다. 제 4판은 최신의 가장 본질적인 개정판으로, 새로운 주제와 시스템에 대한 새로운 장, 네트워킹에 대한 부분을 상당히 늘려 다루었다. 프로그래밍 도구와 논리 설계 및 명령어 주소 방식에 대한 장을 보완함에 따라, 사례 연구의 장은 웹 부분으로 옮겼다. 그래도 여전히, 예전 개정판 사용자들은 많은 부분이 유사한 것을 느낄 것이다. 결국 IS/IT 분야는, 컴퓨터 사용 방식은 변하게 되겠지만, 컴퓨터 구조의 기본적인 원칙은 앞으로도 오랫동안 본질적으로 변함이 없을 것이다. 이 책은 총 11장으로 3부로 나누어져 있으며, 추가의 3개 부록 장은 웹으로 제공하였다. 제 1부는 정보 시스템에서 컴퓨터의 역할에 대한 소개와 개요를 다루고 있다. 즉, 시스템의 개념과 현대 컴퓨터 시스템을 구성하는 요소들에 대해 간단하게 소개하였다. 나머지 두 개의 부는 컴퓨터 시스템의 개별적인 구조를 다루었다. 제 2부에서는 컴퓨터에서의 데이터 표현과 역할을 다루었다. 여기서는 숫자, 텍스트, 사운드, 이미지, 비디오 및 여러 형태의 데이터를 다루었다. 제 3부에서는 하드웨어 구조와 동작 개념을 설명하였다. 컴퓨터의 요소들을 소개하고, 이들이 어떻게 컴퓨터 명령어를 협업하여 수행하는지를 보였고, 명령어 집합의 본질에 대해 언급하였으며, CPU 및 메모리, 주변 입출력장치 사이의 상호작용에 대해 설명하였다. 각 장들 사이에는 계층적인 접근방법을 사용하였다. 새로운 계층의 내용은 이전의 내용을 더욱 깊이 있게 다루어, 독자들이 이전의 내용을 자세히 이해할 수 있도록 하였다. 각 주제에 대한 절은 컴퓨터 시스템의 관점에서, 그 주제를 다룰 해당 부분에서 소개하였다. 각 주제는 학생들이 친숙한 예나 아이디어를 사용하여 최대한 쉽게 제시하였다. 계속 사용되는 자료들은 집약된 내용을 담고 있다. 많은 예가 이 책 전반에 걸쳐 계속 사용되고 있을 뿐만 아니라, 부록의 장에서 제시하고 있는 사례 연구는 최근의 중요한 예에 대한 교재의 자료를 응용하고 있다. 결국 이러한 접근 방법은 세련되고, 점진적이며, 함축적이다. 가능한 한 각 절의 내용은 독립적이 되도록 구성하였다. 각 부의 시작 부분에는 그 부의 개요를 제시하였다. 더 세부적인 내용은 각 절을 소개하는 부분에서 제시하였다. 제 1부는 두 개의 장으로 구성하였으며, 컴퓨팅의 간략한 소개와 정보 기술의 내용에 구조적 개념을 포함하여 설명하였다. 1장은 컴퓨터 시스템의 구성 요소를 소개하였고, 요소들 사이의 관계를 보였다. 또한 간단한 컴퓨팅 모델을 제시하고, 컴퓨터 시스템의 발전에서 표준과 프로토콜의 중요성에 대해 언급하였다. 1장의 마지막 부분은 구조적 관점에서 본 컴퓨터의 간단한 발달 역사를 제시하였다. 2장은 여러 유형의 컴퓨터 시스템을 예로 사용하였으며, 시스템 및 모델, 시스템 구조의 개념에 초점을 맞추었다. 제 2부는 3장부터 5장까지로 구성하였다. 3장은 수의 체계와 기본적인 수 체계의 동작을 소개하였다. 그런 후 다른 진법 체계와 진법 사이의 변환 기술을 다루었다. 4장은 영숫자, 이미지, 비디오, 오디오와 같은 여러 유형의 데이터 포맷을 소개하였다. 숫자와 문자 기반 표현 사이의 관계를 다루고, 데이터 입출력에 사용되는 데이터 포맷과 여러 가지 입출력 장치를 소개하였다. 5장은 정수와 부동소수점 계산을 수행하는 데 사용되는 여러 가지 포맷을 다루었다. 제 3부는 하드웨어 구조와 컴퓨터의 동작 특성에 대해 다루었다. 6장에서는 간단한 모델이면서도, 놀라울 정도로 정확하게 CPU와 메모리를 표현하는 ‘리틀 맨 컴퓨터 (Little Man Computer)’를 소개하였다. 이 모델은 명령어 집합의 개념을 제시하고, 폰 노이만 구조의 기본 원리를 설명하는 데 사용된다. 7장에서는 실제 컴퓨터에 관한 내용을 설명하였다. CPU의 구성요소를 소개하고, 이들과 Little Man Computer와의 관계를 설명한다. 버스의 개념을 소개하고, 메모리의 동작, 명령어 인출-실행 사이클, 명령어 집합에 대해 설명한다. 명령어의 중요한 유형을 구분하고, 명령어를 구분하는 방법에 대해 논의한다. 8장은, 7장에서 다룬 내용을 확장하여, 더욱 향상된 기능을 가진 CPU와 메모리에 대해 논의한다. 여러 가지 CPU 구조에 대한 개요를 제시한다. 메모리 접근에 대한 개선된 기술과 특히 캐시 메모리에 대해 알아보고, 최근의 CPU 구조, 설계, 구현 기술, 파이프라이닝과 슈퍼스칼라 처리에 대해 소개한다. 이 장에서는 멀티프로세싱(또는 최근의 용어인 멀티코어)의 개념도 소개한다. 9장은 I/O 동작의 원리를 설명하며, 10장에서는 여러 입출력 장치에서 어떻게 입출력이 수행되는지를 설명한다. 11장은 컴퓨터 시스템을 전체적으로 설명한다. 즉, 상호연결 기술과 여러 가지 하드웨어 요소를 결합하는 기술을 소개한다. 또, 컴퓨터 성능과 신뢰성을 향상시키는 컴퓨터 연결 기술을 클러스터링과 그리드(grid) 컴퓨팅에 초점을 맞춰 언급한다. 웹으로 제공하는 세 개의 부록은, 제 3부에 해당하는 장에 대한 자료를 추가적으로 제공한다. 부록 1장은 부울 대수, 조합회로, 순서회로에 대한 것이다. 부록 2장은 중요한 구조에 대한 3개의 세부적인 사례 연구에 관한 것으로, 인텔(x86 계열, 펜티엄 4 구조 및 이타늄(Itanium)), PowerPC, IBM zSystem에 대한 것이다. 부록 3장은 명령어 주소지정 방식에 대한 대안적인 접근 방식을 다루었다. ■ 참고 자료 학생들과 강사를 위한 추가적인 자료는 교재의 웹 사이트인 아래에서 찾을 수 있다. www.wiley.com/go/global/englander 또한 저자의 e-메일 주소는 ienglander@bentley.edu이다. ■ 역자 서문 이 책의 원서는 그 제목인『The Architecture of COMPUTER HARDWARE, SYSTEM SOFTWARE & NETWORKING』에서 알 수 있듯이, 컴퓨터 전체를 하나의 시스템으로 구성하는 데 필요한 요소인 컴퓨터 하드웨어 구성요소, 운영체제와 파일관리를 포함한 소프트웨어 구성요소, 그리고 개별 컴퓨터를 서로 연결하고 자원을 공유하는 데 필요한 구성요소인 데이터 통신 및 네트워크를 함께 다루고 있다. 원저자는 컴퓨터를 시스템 관점에서 설명하고 그 세부 구성요소들의 구조를 하나씩 살펴봄으로써 컴퓨터 시스템이 구성요소들을 결합하고, 서로 연결하여, 단일 장치처럼 인식되게 구성한 집합체임을 강조하고 있다. 원서의 내용을 전부 번역하는 것도 의미는 있겠지만, 우리의 현실에서는 컴퓨터 구조, 운영체제, 파일 시스템, 데이터 통신, 컴퓨터 네트워크를 각각 독립적인 과목으로 운영하고 있으므로, ‘보편적인 컴퓨터 구조’에 해당되는 원서의 내용인 ‘컴퓨터 하드웨어 구조’를 중심으로 번역서를 구성하게 되었다.

제1부 컴퓨터 시스템의 개요 2 제1장 컴퓨터와 시스템 4 1.0 서론 5 1.1 출발점 9 1.2 컴퓨터 시스템의 구성요소 11 1.3 가상화의 개념 20 1.4 프로토콜과 표준 21 1.5 이 책의 개요 23 1.6 컴퓨터 구조에 관한 간략한 역사 24 제2장 시스템의 개념 및 구조 40 2.0 서론 41 2.1 시스템의 일반적 개념 42 2.2 IT 시스템 구조 50 제2부 컴퓨터 내부의 데이터 68 제3장 수의 체계 70 3.0 서론 71 3.1 물리적 표현을 위한 수 72 3.2 다른 진법에서의 계수 73 3.3 다른 진법에서의 연산 77 3.4 진법 사이의 수 변환 81 3.5 16진수와 연산 85 3.6 특별한 변환의 경우 85 3.7 소수점을 가진 수 87 3.8 혼합수 변환 93 제4장 데이터 형식 102 4.0 서론 103 4.1 일반적인 고려사항 103 4.2 영숫자 문자 데이터 106 4.3 이미지 데이터 116 4.4 오디오 데이터 127 4.5 데이터 압축 131 4.6 페이지 기술 언어들 133 4.7 컴퓨터 내부의 데이터 포맷 134 제5장 수치 데이터의 표현 ... 144 5.0 서론 145 5.1 부호 없는 2진수 및 BCD 표현 146 5.2 부호를 가진 정수를 위한 표현 149 5.3 실수 165 5.4 프로그래밍 고려사항 180 제3부 컴퓨터 구조와 하드웨어 동작 190 제6장 리틀 맨 컴퓨터(LMC) 192 6.0 서론 193 6.1 LMC의 개요 193 6.2 LMC의 동작 195 6.3 기본 프로그램 197 6.4 확장된 명령어 집합 199 6.5 명령어 사이클 202 6.6 컴퓨터 구조에 관하여 204 제7장 CPU와 메모리 210 7.0 서론 211 7.1 CPU의 구성요소들 212 7.2 레지스터의 개념 214 7.3 메모리 장치 217 7.4 인출-실행 명령어 사이클 224 7.5 버스 228 7.6 명령어의 분류 233 7.7 명령어 워드 형식 244 7.8 명령어 워드의 요구조건 및 제약 246 제8장 CPU와 메모리: 설계, 성능 향상 그리고 구현 258 8.0 서론 259 8.1 CPU 구조 260 8.2 CPU 기능 및 성능 향상 264 8.3 메모리 성능 향상 276 8.4 완벽한 현대의 슈퍼스칼라 CPU 283 8.5 멀티프로세싱 286 8.6 구현에 관한 논의 290 제9장 입력/출력 298 9.0 서론 299 9.1 I/O 장치들의 전형적인 특성 300 9.2 프로그램 I/O 306 9.3 인터럽트 308 9.4 직접 메모리 접근(DMA) 321 9.5 I/O 모듈 324 제10장 컴퓨터 주변장치 332 10.0 서론 333 10.1 저장장치 의 계층구조 334 10.2 반도체 메모리 336 10.3 자기 디스크 337 10.4 OPTICAL DISK STORAGE 346 10.5 자기 테이프 349 10.6 디스플레이 351 10.7 프린터 359 10.8 사용자 입력장치 363 10.9 네트워크 통신 장치들 365 제11장 최근 컴퓨터 시스템 372 11.0 서론 373 11.1 모든 것의 결합 375 11.2 입출력 시스템 구조 383 11.3 컴퓨터 상호연결: 간략한 개요 390 11.4 클러스터 391 11.5 고성능 컴퓨팅 395 찾아보기 401

어브 잉글랜더(Irv Englander) [저]

Irv Englander 박사는 여러 컴퓨팅 분야에서 40년 이상 종사하여 왔다. 그는 논리회로 설계, 집적회로 개발, 컴퓨터 구조 개발, 컴퓨터-제어 시스템 설계, 운영체제 설계, 응용 소프트웨어 개발, 대규모 수자원 감시 시스템의 초기 시스템 설계, 주요 제어 시스템의 소프트웨어 감사 및 검증 수행, 대규모 기업의 응용 소프트웨어 자문, 특수 하드웨어 요소의 개발 등을 담당하였다.

교육자로서의 그는 논문 발표와 함께, IS 교육과정에 있는 최종-사용자 컴퓨팅, 전자 상거래, 컴퓨터 구조의 교육에 대한 워크샵 개최에 기여하였다. 또한, 정보 시스템 교육과정인 IS-97과 IS-2002의 감수를 역임하였으며, IS/IT 교육과정의 기술적인 인프라 요소에 지속적인 관심을 가지고 있다. 그는 새로운 기술을 정보 시스템에 응용하는데 적극적으로 참여하고 있다.

Irv Englander는 MIT에서 컴퓨터 사이언스 박사학위를 받았다. 박사 논문 주제는 대규모 이미지 처리 소프트웨어 라이브러리의 설계에 관한 것이다. 그는 MIT에서, 뛰어난 강의로 우수 연구자 상을 수상하였다. 현재 Bentley 대학의 컴퓨터 정보 시스템 교수로, 30년 동안 강의를 담당하고 있다.

이상민 [저]