컴퓨터 구조 기초 (CPU, 메모리, 저장장치, I/O 장치)

💻 컴퓨터 구조 기초 (CPU, 메모리, 저장장치, I/O 장치)

컴퓨터를 이루는 기본적인 부품들을 정리해보았습니다.
처음 공부하시는 분들도 이해하기 쉽도록 쉽게 풀어썼고,
컴퓨터가 어떻게 작동하는지 전반적인 흐름을 알 수 있게 구성해봤습니다~!!

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1. CPU (Central Processing Unit: 중앙처리장치)

CPU는 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 핵심 부품입니다.
메모리에 저장된 데이터를 읽고, 해석하고, 실제로 계산하거나 처리하는 역할을 합니다.

⏱️ 클럭 속도와 성능

CPU가 일을 얼마나 빠르게 처리할 수 있는지는 "클럭 속도(Hz)"로 표현됩니다.
하지만 요즘은 CPU 속도가 대부분 상향 평준화되어 있어서,
단순한 속도보다 구조나 코어 수, 세대, 캐시 용량 등을 함께 봐야 성능을 제대로 알 수 있습니다.

• 예: 인텔 Core i3, i5, i7, i9, 최근에는 Ultra 9
  • 숫자가 클수록 성능이 좋은 라인업입니다.
  • 하지만 이건 ‘계열’일 뿐, 실제 ‘세대’는 따로 12세대, 13세대처럼 구분됩니다.

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CPU 구성 요소

1-1. ALU (Arithmetic Logic Unit)

• 산술 연산(+, -, ×, ÷)과 논리 연산(AND, OR 등)을 처리하는 계산기 같은 역할을 합니다

1-2. 제어장치 (Control Unit)

• CPU가 명령어를 읽고, 어떤 장치에 어떤 동작을 하라고 전기신호(제어신호)를 보내는 역할입니다.

1-3. 레지스터 (Register)

• CPU 안에 있는 초고속 임시 저장 공간입니다.
• 계산에 필요한 데이터를 잠깐 저장해두고 사용할 수 있습니다.
• RAM보다 훨씬 빠릅니다.

1-4. 캐시 메모리 (Cache Memory)

• CPU가 자주 사용하는 데이터를 미리 저장해두는 고속 메모리입니다.
• 메모리와 CPU 속도 차이를 줄여주는 완충지대 역할을 합니다.

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2. 주기억장치 (Main Memory)

주기억장치는 보통 우리가 말하는 메모리(RAM)를 의미합니다.
컴퓨터가 실행 중인 프로그램의 명령어와 데이터를 임시로 저장하는 공간입니다.

💡 왜 ‘주’ 기억장치일까?

CPU가 데이터를 처리하려면 먼저 메모리에 있어야 합니다.
그래서 컴퓨터가 프로그램을 실행하면 먼저 메모리에 올려놓고,
CPU는 그 메모리에 접근해서 작업을 처리합니다.

2-1. RAM (Random Access Memory)

• 흔히 ‘메모리’라고 부르는 부품
• 휘발성 메모리: 전원을 끄면 데이터가 사라집니다.
• 현재 실행 중인 프로그램, 작업 중인 데이터 등을 임시 저장합니다.
• 용량이 클수록 멀티태스킹에 유리합니다.
• 이제는 대부분의 최신 PC가 DDR5 메모리를 탑재하고 있습니다.

 

DDR이란?

DDR은 “Double Data Rate”의 약자입니다.
한 번의 클럭 사이클에서 2번 데이터 전송이 가능한 메모리 방식입니다.
그래서 이전 세대보다 훨씬 빠른 데이터 전송이 가능해졌습니다.

현재 일반적으로 사용하는 DDR 메모리의 세대는 이렇습니다:
DDR3 → 약 2010년대 초반DDR4 → 2014년경부터 대중화DDR5 → 2021년 말부터 보급 시작, 2024년 이후에는 거의 표준화

DDR5 메모리는 고성능 게이밍, 영상 편집, AI 연산 등에서 특히 좋은 성능을 보입니다.
다만 DDR4보다 가격은 아직 약간 더 높지만, 빠르게 보급되고 있는 상황입니다.

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3. 보조기억장치 (Secondary Storage)

RAM은 전원을 끄면 데이터가 사라지기 때문에,
영구적으로 데이터를 저장하려면 보조기억장치가 필요합니다.

3-1. SSD (Solid State Drive)

• 반도체 기반 저장장치
• 데이터를 전기적으로 저장해서 속도가 매우 빠르고, 소음도 없음.
• HDD보다 훨씬 빠르고 안정적입니다.
• 요즘은 가격도 많이 내려가서 SSD만 사용하는 PC도 많습니다.
• 122.8TB 용량 SSD도 많이 상용화되었습니다.

3-2. HDD (Hard Disk Drive)

• 물리적인 디스크가 빠르게 회전하면서 데이터를 읽고 씁니다.
• 예전에는 대부분 이걸 썼지만,
  요즘은 SSD에 밀려 점점 사용이 줄고 있습니다.
• 저장 용량이 크고 가격이 저렴한 장점이 있어서,
  백업용, 서버용으로는 여전히 사용됩니다.

3-3. Optical Disk (CD, DVD, BluRay 등)

• 레이저를 사용해 데이터를 저장하는 디스크
• 요즘은 거의 사용하지 않지만,
  예전에는 설치CD, 음악CD, 영화DVD 등에 많이 사용됐습니다.

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4. 입출력장치 (Input / Output Device)

컴퓨터 외부와 내부 간의 정보를 주고받을 수 있게 도와주는 장치입니다.
우리가 직접 보고, 만지고, 사용하는 부품들입니다.

4-1. 입력장치 (Input Device)

• 키보드
• 마우스
• 스캐너
• 게임 패드 등

4-2. 출력장치 (Output Device)

• 모니터
• 프린터
• 스피커 등

4-3. 기타 주변장치

• 케이스 (Case): 부품들을 보호하고 정리해주는 역할
• 파워서플라이 (Power Supply): 전기를 공급해서 각 부품에 분배해줌
• USB-C 포트가 기본이 되어가고 있으며, 빠른 충전 + 데이터 전송을 동시에 처리

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메모리 속도 순서

컴퓨터에서 데이터 처리 속도는 아래처럼 빠릅니다:
레지스터 > 캐시 메모리 > RAM > SSD (NVMe > SATA) > HDD > Optical Disk

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📌 요약

구성 요소	주요 역할
CPU	연산과 제어, 컴퓨터의 두뇌
RAM	작업 중인 데이터 저장 (휘발성)
SSD / HDD	영구 저장 장치
레지스터 / 캐시	초고속 임시 저장소
I/O 장치	사용자 입력 / 결과 출력
PSU / Case	전력 공급 / 부품 보호 및 정리