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• 컴퓨터 없는 세상을 생각할 수 없을 정도로 컴퓨터는 현대인의 필수품이다. 컴퓨터 하드웨어 위에서 실행되는 소프트웨어는 모든 산업 분야에서 핵심 기술로 자리를 잡았다. 컴퓨터 구조는 컴퓨터를 이해하는 출발점이다. 이 교재는 컴퓨터 하드웨어의 동작 원리를 다룬다. 컴퓨터 관련 학과의 대부분은 컴퓨터 하드웨어와 관련하여 논리회로(또는 디지털 공학)와 컴퓨터 구조 두 과목을 개설한다. 학생들은 이 과목에서 다음과 같은 내용을 배운다.
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• ■ 논리회로 - 2진수, 부울대수, 논리게이트 - 조합 논리회로의 구조, 동작 원리, 분석, 설계 - 조합 논리소자(연산기, 디코더, 인코더, 멀티플렉서, 디멀티플렉서)의 구조와 기능 - 순차 논리회로의 구조, 동작 원리, 분석, 설계 - 순차 논리소자(플립플롭, 레지스터, 카운터)의 구조와 기능 - 프로그래머블 기억소자를 활용한 조합 논리회로와 순차 논리회로 설계 - 하드웨어 시뮬레이션 언어를 사용한 논리회로 실습과 설계 자동화 ■ 컴퓨터 구조 - 컴퓨터의 구성 요소 - 중앙처리장치의 구조와 명령어 실행 과정 - 명령어 종류, 주소지정방식, 명령어 형식 - 주기억장치와 캐시 기억장치의 구조와 동작 방법 - 입출력장치의 구조와 동작 방법 - 고성능 컴퓨팅을 위한 컴퓨터 구조 개선 방법 논리회로의 학습 목표는 디지털 시스템을 설계하는 능력을 갖추는 것이다. 컴퓨터는 규모가 큰 디지털 시스템이다. 컴퓨터 하드웨어는 논리소자들을 연결하여 만든다. 그러므로 컴퓨터 구조의 선수과목으로 논리회로를 지정하고 있다. 그렇지만 이 두 과목을 한 학기에 교육해야 할 필요성이 증가하고 있다. 교과과정에 소프트웨어 관련 교과목의 비중을 늘리려고 할 때, 부전공 교육 과정을 편성할 때, 비전공자를 위한 소프트웨어 교육 프로그램을 설계할 때가 이 사례에 해당할 것이다. 논리회로와 컴퓨터 구조를 한 학기에 학습할 수 있도록 교재의 내용을 구성하였다. 하드웨어 관련 교과목의 학습 목표는 동작 원리를 이해하고 설계 능력을 기르는 것이라고 할 수 있다. 이 교재는 컴퓨터 하드웨어의 동작 원리를 이해하는데 초점을 맞추고, 설계 능력을 기르는 부분의 비중을 줄였다. 이 교재의 논리회로 부분에서 다루는 부분과 다루지 않는 부분은 다음과 같다. ■ 논리회로에서 다루는 부분 - 2진수, 부울대수, 논리게이트 - 조합 논리회로와 순차 논리회로의 동작 원리 - 연산기, 인코더, 디코더, 멀티플렉서, 디멀티플렉서의 기능 - 레지스터, 카운터의 동작 이해 및 레지스터 간 데이터 전송 방법 ■ 논리회로에서 다루지 않는 부분 - 조합 논리회로와 순차 논리회로의 설계 및 구현 - 프로그래머블 기억소자를 이용한 논리회로 설계 - 하드웨어 시뮬레이션 언어를 사용한 설계 자동화 이 책의 내용 1장에서는 컴퓨터 구조가 다루는 범위를 소개하고, 컴퓨터 발달과정, 교재의 구성에 따른 학기 강의 내용을 소개한다. 2장에서는 2진수를 소개하고 진법간 변환과 여러 형태의 데이터를 2진수로 표현하는 방법을 학습한다. 3장에서는 논리 개념과 부울대수에 의한 논리연산 규칙을 제시하고, 여러 가지 논리게이트와 3상태 버퍼를 소개한다. 4장에서는 조합 논리회로의 동작을 표현하는 방법을 설명하고, 자주 사용하는 조합 논리회로의 종류와 기능을 소개한다. 5장에서는 한 비트를 저장하는 래치와 플립플롭을 소개하고, 여러 비트의 데이터를 저장하는 레지스터와 카운터를 소개한다. 6장에서는 레지스터 간에 데이터를 전송하는 방법을 설명하고, 제어장치와 처리장치로 구성되는 디지털 시스템의 구조를 제시한다. 7장에서는 중앙처리장치, 기억장치, 입출력장치가 협동해서 프로그램을 실행하는 과정을 살펴본다. 명령어 개념도 소개한다. 8장에서는 레지스터 활용과 인터럽트 기능에 대하여 자세히 다루고, 제어장치의 내부 구조와 종류에 대하여 설명한다. 9장에서는 정수와 실수를 표현하는 표준 방법을 소개하고, 여러 가지 연산 동작을 소개한다. 10장에서는 명령어 형식, 주소지장방식, 데이터 저장 방법을 설명하고, 프로세서가 제공하는 명령어 종류를 ...소개한다. 11장에서는 기억장치의 특성을 소개하고 캐시 기억장치와 가상 기억장치를 운영하는 목적과 방법을 설명한다. 12장에서는 입출력장치의 동작 원리를 소개하고 프로그램에 의한 입출력과 인터럽트에 의한 입출력 방법을 설명한다. 13장에서는 RISC 프로세서와 슈퍼스칼라 프로세서에서 성능을 개선하는 기술을 설명하고, 병렬처리 컴퓨터의 종류를 소개한다.
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• CHAPTER 01 컴퓨터 구조 소개 1.1 컴퓨터 구조 범위 1.2 논리회로 학습 범위 1.3 컴퓨터 구성 요소 1.4 컴퓨터 발달 과정 1.4.1 세대별 컴퓨터 분류 1.4.2 마이크로프로세서 이후 1.5 교재의 구성 연습문제 CHAPTER 02 데이터 표현 2.1 디지털 시스템 2.2 수의 체계 2.2.1 10진수 2.2.2 R진수 2.2.3 수의 표현 범위 2.3 진법 변환 2.3.1 10진수를 R진수로 변환 2.3.2 2진수, 8진수, 16진수 2.4 코드 2.4.1 인코드와 디코드 2.4.2 이진화 십진 코드 2.4.3 문자 코드 2.5 요약 연습문제 CHAPTER 03 논리회로 기초 3.1 논리 3.2 논리연산 규칙 3.2.1 부울대수 3.2.2 논리식 간소화 3.3 논리게이트 3.3.1 기본 논리게이트 3.3.2 정논리와 부논리 3.3.3 논리게이트 기호 3.3.4 논리게이트 종류 3.3.5 3상태 버퍼 3.4 요약 연습문제 CHAPTER 04 조합 논리회로 4.1 조합 논리회로 소개 4.1.1 조합 논리회로 동작 표현 4.1.2 최소항 4.1.3 무관조건 4.2 산술 조합 논리회로 4.2.1 가산기 4.2.2 비교기 4.2.3 패리티 발생기와 패리티 검사기 4.3 조합 논리...회로 빌딩블록 4.3.1 인코더와 디코더 4.3.2 멀티플렉서와 디멀티플렉서 4.4 요약 연습문제 CHAPTER 05 순차 논리소자 5.1 래치 5.1.1 NOR 래치 5.1.2 NAND 래치 5.1.3 클럭 제어 래치 5.2 플립플롭 5.2.1 클럭 펄스 5.2.2 플립플롭 5.2.3 플립플롭 종류 5.2.4 비동기 리셋 입력 5.3 레지스터와 카운터 5.3.1 레지스터 5.3.2 시프트 레지스터 5.3.3 카운터 5.4 요약 연습문제 CHAPTER 06 순차 논리회로 6.1 순차 논리회로 소개 6.1.1 순차 논리회로 구조 6.1.2 순차 논리회로 동작 표현 6.1.3 순서 검출기 6.2 디지털 시스템 6.2.1 디지털 시스템 구조 6.2.2 타이밍 신호 발생기 6.3 처리장치 6.3.1 레지스터 간 데이터 전송 6.3.2 레지스터 전송 언어 6.4 요약 연습문제 CHAPTER 07 컴퓨터 구성 요소 7.1 프로그램 실행 7.1.1 기계어 프로그램 7.1.2 프로그램 내장형 컴퓨터 7.2 컴퓨터 구성 요소 7.2.1 중앙처리장치 7.2.2 주기억장치 7.2.3 입출력장치 7.2.4 AVR 마이크로제어기 7.3 시스템 버스 7.3.1 시스템 버스 구성 7.3.2 제어신호 종류 7.3.3 계층적 버스 7.4 명령어 7.4.1 명령어 구성 요소 7.4.2 명령어 종류 7.4.3 오퍼랜드 7.5 요약 연습문제 CHAPTER 08 중앙처리장치 8.1 중앙처리장치 구조 8.1.1 제어장치 8.1.2 처리장치 8.2 레지스터 8.2.1 제어용 레지스터 8.2.2 상태 레지스터 8.2.3 명령어 실행용 레지스터 8.2.4 주소 레지스터 8.2.5 스택 포인터 8.3 인터럽트 8.3.1 인터럽트 개념 8.3.2 인터럽트 처리 기능 8.3.3 인터럽트 서비스 루틴 8.4 제어장치 8.4.1 제어장치 기능 8.4.2 제어장치 구조 8.4.3 명령어 사이클 8.5 요약 연습문제 CHAPTER 09 연산기 9.1 연산기 개요 9.2 정수 표현 9.2.1 부호화 크기 9.2.2 보수 9.2.3 2의 보수 9.3 논리 연산 9.3.1 NOT 연산 9.3.2 AND 연산 9.3.3 OR 연산 9.3.4 XOR 연산 9.4 시프트 연산 9.4.1 논리 시프트 9.4.2 산술 시프트 9.5 산술 연산 9.5.1 단항 연산 9.5.2 덧셈과 뺄셈 9.6 실수 표현 9.6.1 부동소수점 표현 9.6.2 IEEE754 형식 9.7 요약 연습문제 CHAPTER 10 명령어 집합 10.1 명령어 특성 10.1.1 명령어 구성 요소 10.1.2 명령어 형식 10.2 주소의 수 10.2.1 3-주소 명령어 형식 10.2.2 2-주소 명령어 형식 10.2.3 1-주소 명령어 형식 10.2.4 0-주소 명령어 형식 10.3 주소지정방식 10.3.1 즉치 주소지정방식 10.3.2 직접 주소지정방식 10.3.3 간접 주소지정방식 10.3.4 레지스터 주소지정방식 10.3.5 레지스터 간접 주소지정방식 10.3.6 변위 주소지정방식 10.4 오퍼랜드 저장 10.4.1 데이터 정렬 10.4.2 바이트 순서 10.5 명령어 종류 10.5.1 데이터 전달 명령어 10.5.2 입출력 명령어 10.5.3 산술 연산 명령어 10.5.4 논리 연산 명령어 10.5.5 상태 레지스터 조작 명령어 10.5.6 분기 명령어 10.5.7 서브루틴 호출 명령어 10.5.8 인터럽트 명령어 10.5.9 시스템 제어 명령어 10.6 요약 연습문제 CHAPTER 11 기억장치 11.1 기억장치 특성 11.1.1 기억장치 종류 11.1.2 물리적 특성 11.1.3 용량과 전송 단위 11.1.4 액세스 방법 11.1.5 성능 척도 11.1.6 기억장치 계층 11.2 반도체 기억장치 11.3 캐시 기억장치 11.3.1 참조의 지역성 11.3.2 캐시 기억장치 구조 11.3.3 캐시 설계시 고려 사항 11.3.4 매핑 함수 11.4 가상 기억장치 11.4.1 페이지 테이블 11.4.2 변환 우선참조 버퍼 11.4.3 가상 기억장치 기능 확장 11.5 요약 연습문제 CHAPTER 12 입출력 12.1 입출력장치 개요 12.1.1 입출력장치 종류 12.1.2 입출력 모듈 12.1.3 입출력 포트 12.1.4 입출력 방법 12.2 프로그램 구동 입출력 12.3 인터럽트 구동 입출력 12.3.1 인터럽트 서비스 루틴 12.3.2 다중 인터럽트 처리 12.3.3 소프트웨어 폴링 12.3.4 다중 인터럽트 요청선 12.3.5 데이지 체인 12.3.6 우선순위 인코더 12.4 직접 기억장치 액세스 12.5 요약 연습문제 CHAPTER 13 고성능 컴퓨터 13.1 축소명령어집합 컴퓨터 13.1.1 축소명령어집합 컴퓨터 특징 13.1.2 명령어 파이프라인 13.1.3 분기 예측 13.2 슈퍼스칼라 프로세서 13.2.1 슈퍼스칼라 프로세서 구조 13.2.2 데이터 의존성 13.2.3 스케줄링 정책 13.3 병렬처리 컴퓨터 13.3.1 컴퓨터 분류 13.3.2 SIMD형 프로세서 13.3.3 MIMD형 컴퓨터 13.3.4 병렬처리 한계 13.4 요약 연습문제
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• 전중남 [저]

• 연세대학교 공과대학 전자공학과
  현재 충북대학교 전자정보대학 교수
  [저서]
  객체지향 프로그래밍(공저)
  마이크로프로세서(공역)
  Verilog를 이용한 논리설계 기초(공역)
  [관심분야]
  컴퓨터 구조, 임베디드 시스템

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