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컴퓨터 아키텍처 : 컴퓨터 구조 및 동작 원리

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    출판사 서평

    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.

    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
    이 책의 사용 설명서

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

    2 컴퓨터 하드웨어
    1 중앙처리장치
    2 기억장치
    3 주변장치
    4 기타 하드웨어

    3 컴퓨터 소프트웨어
    1 시스템 소프트웨어
    2 응용 소프트웨어

    4 운영체제와 부팅
    1 운영체제
    2 부팅

    5 컴파일러와 인터프리터
    1 컴파일러
    2 인터프리터

    6 컴퓨터의 분류
    1 처리 능력에 의한 분류
    2 사용 목적에 의한 분류
    3 응용 분야에 의한 분류
    4 사용 데이터에 의한 분류

    7 컴퓨터의 구조, 구성, 실현
    1 컴퓨터 구조
    2 컴퓨터 구성
    3 컴퓨터 실현
    4 컴퓨터 계열

    8 하드웨어와 소프트웨어의 상호 조정
    요약 연습문제

    Chapter 02 컴퓨터의 발전과 성능
    1 컴퓨터의 세대별 발전

    2 현대 컴퓨터 발전의 지표
    1 폰노이만 아키텍처
    2 무어의 법칙

    3 컴퓨터의 성능
    1 성능의 정의
    2 암달의 법칙

    4 CPU 성능 분석
    1 성능에 영향을 미치는 요소
    2 성능에 영향을 미치는 요소의 분석

    5 벤치마크와 성능 척도
    1 벤치마크
    2 MIPS와 MFLOPS
    요약 연습문제

    Chapter 03 명령어 집합
    1 명령어 집합
    1 명령어 집합의 의미
    2 명령어 집합 구조
    3 명령어 집합 설계

    2 명령어의 특성
    1 피연산자의 수
    2 명령어의 길이

    3 CPU의 기본 구성과 가상 명령어 집합
    1 CPU의 기본 구성과 명령어의 실행 순서
    2 가상 컴퓨터 명령어
    3 좋은 명령어 집합 구조

    4 연산
    1 연산의 종류
    2 분기 명령
    3 프로시저의 호출과 복귀

    5 명령어와 CPU 기억장치
    요약
    연습문제

    Chapter 04 명령어 집합의 분류와 주소 지정 방식
    1 피연산자의 수와 명령어 집합
    1 누산기 컴퓨터
    2 스택 컴퓨터
    3 범용 레지스터 컴퓨터

    2 명령어와 메모리
    1 메모리 속성
    2 메모리 정렬
    3 엔디언 방식

    3 주소 지정 방식
    1 0-단계 주소 지정 방식
    2 1-단계 주소 지정 방식
    3 2-단계 주소 지정 방식

    4 복잡도에 따른 명령어 집합
    1 CISC의 탄생과 특징
    2 RISC의 탄생
    3 RISC의 특징
    4 RISC와 CISC의 전망

    5 picoMIPS 명령어 집합 구조
    1 picoMIPS의 개요
    2 picoMIPS의 명령어 형식과 종류
    요약
    연습문제

    Chapter 05 데이터와 디지털 논리회로
    1 데이터의 개요
    1 데이터의 종류
    2 데이터의 형식
    3 데이터와 진법

    2 정수
    1 무부호 정수의 표현
    2 유부호 정수의 표현
    3 2의 보수 방식의 대중성

    3 실수
    1 실수의 개요
    2 정규화와 잠복 비트
    3 IEEE-754 표준
    4 범위와 정밀도

    4 비수치 데이터
    1 BCD 코드
    2 ASCII 코드
    3 유니코드

    5 디지털 논리회로
    1 논리 게이트
    2 조합 논리회로와 순차 논리회로
    3 디코더와 인코더
    4 멀티플렉서와 디멀티플렉서
    5 반가산기와 전가산기
    6 레지스터 파일
    요약
    연습문제

    Chapter 06 연산장치
    1 연산장치의 개요
    1 연산장치와 레지스터 파일
    2 산술장치와 논리장치의 통합
    3 플래그 레지스터

    2 정수의 덧셈
    1 덧셈 연산
    2 덧셈 뺄셈장치

    3 정수의 곱셈
    1 곱셈 연산
    2 시프트-덧셈 방식의 곱셈 연산
    3 Booth 알고리즘

    4 정수의 나눗셈
    1 나눗셈 연산
    2 복원 알고리즘
    3 비복원 알고리즘

    5 부동 소수점의 연산
    1 부동 소수점의 덧셈
    2 부동 소수점의 곱셈과 나눗셈
    3 가드 디지트
    요약
    연습문제

    Chapter 07 데이터 경로
    1 데이터 경로의 이해
    1 데이터 경로
    2 데이터 경로의 두 가지 방식

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

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

    4 다중 사이클 방식의 명령어 실행
    1 명령어 인출
    2 명령어 해독과 레지스터 읽기
    3 덧셈 명령어 실행
    4 적재 명령어 실행

    5 데이터 경로의 구체화와 성능 비교
    1 데이터 경로의 구체화
    2 단일 사이클 방식과 다중 사이클 방식의 성능 비교
    요약

    Chapter 08 제어장치
    1 제어장치의 이해
    1 제어장치
    2 마이크로 연산과 제어 신호
    3 PROM과 PLA

    2 제어장치 구현 방식
    1 제어 신호의 생성
    2 제어장치 구현의 두 가지 방식

    3 마이크로프로그래밍 방식의 제어장치
    1 마이크로 명령어의 구성 요소
    2 마이크로 명령어의 제어
    3 마이크로 명령어의 형식

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

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

    Chapter 09 파이프라이닝
    1 파이프라이닝의 개요

    2 순차 처리와 병행 처리
    1 프로세서 구현 방식
    2 파이프라이닝의 성능

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

    4 해저드
    1 해저드의 의미와 종류
    2 구조적 해저드
    3 데이터 해저드
    4 명령어 해저드

    5 해저드의 영향과 해결 방법
    1 해저드의 영향
    2 해저드 해결 방법

    6 인터럽트와 공격적 파이프라이닝
    1 인터럽트
    2 공격적 파이프라이닝
    요약
    연습문제

    Chapter 10 메모리
    1 메모리의 개요
    1 CPU와 메모리
    2 읽기 쓰기 동작
    3 메모리 용량과 데이터 크기
    4 메모리 접근 시간과 사이클 시간
    5 저장장치의 특징

    2 메모리의 종류와 구성 및 동작
    1 DRAM과 SRAM
    2 DRAM의 구성과 동작
    3 DRAM의 확장
    4 메모리 재충전
    5 ROM

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

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

    5 메모리 계층 구조
    1 지역성 원리
    2 계층적 메모리의 의미와 특징
    3 메모리 계층 구조의 원리와 전송 단위
    4 설계 논점
    요약
    연습문제

    Chapter 11 캐시 메모리
    1 캐시 메모리의 개요
    1 적중과 실패
    2 캐시 메모리의 기본 구성과 동작
    3 캐시 메모리의 전략과 설계 논점

    2 블록 사상
    1 블록 사상 방식의 개요
    2 직접 사상
    3 완전 연관 사상
    4 집합 연관 사상

    3 블록 교체와 블록 갱신
    1 블록 교체 방식
    2 블록 갱신 방식

    4 캐시 메모리를 통한 성능 향상
    1 캐시 실패의 유형
    2 유효 접근 시간
    3 캐시 메모리의 성능 개선
    4 블록 크기, 캐시 용량, 캐시 연관도
    5 다단계 캐시와 분할 캐시
    요약
    연습문제

    Chapter 12 가상기억장치
    1 가상기억장치의 개요
    1 가상기억장치의 필요성
    2 메모리 중첩

    2 가상기억장치와 주소 변환
    1 가상기억장치의 의미
    2 가상기억장치의 종류
    3 가상기억장치의 구성과 관리 기법
    4 주소 변환
    5 가상 주소 캐시

    3 기본적인 주소 변환 기법
    1 재배치 레지스터 방식
    2 페이지 테이블 방식
    3 세그먼트 테이블 방식

    4 향상된 주소 변환 기법
    1 역방향 페이지 테이블 방식
    2 변환 색인 버퍼 방식
    요약
    연습문제

    Chapter 13 주변장치
    1 주변장치의 개요
    1 주변장치 병목 현상
    2 주변장치의 분류
    3 성능 척도

    2 하드디스크
    1 하드디스크의 기초
    2 하드디스크의 논리적 구조와 데이터 구성
    3 주소 지정 방식
    4 하드디스크의 성능

    3 광학 디스크
    1 광학 디스크의 기초
    2 CD와 CD-ROM
    3 DVD와 BD

    4 기타 주변장치
    1 입력장치
    2 출력장치
    3 기타 저장장치

    5 RAID
    1 RAID의 의미와 분류
    2 RAID 0
    3 RAID 1
    4 RAID 2
    5 RAID 3
    6 RAID 4
    7 RAID 5
    8 RAID 6

    6 입출력 시스템
    1 입출력장치의 개요
    2 IO 모듈
    3 장치 구동기

    7 입출력장치의 주소 지정
    1 메모리 사상 입출력 방식
    2 분리형 입출력 방식
    요약
    연습문제

    Chapter 14 데이터 전송 방식과 버스 구조
    1 데이터 전송 방식
    1 프로그램 입출력 방식
    2 인터럽트 구동 방식
    3 직접 메모리 접근 방식
    4 IO 채널 방식

    2 인터럽트
    1 인터럽트의 종류
    2 인터럽트의 우선순위
    3 인터럽트의 처리

    3 버스의 개요
    1 버스의 의미와 용어
    2 버스에 의한 데이터 전송 과정
    3 분리형 버스 트랜잭션
    4 버스의 성능 향상

    4 버스의 분류
    1 시스템버스와 IO버스
    2 전용 버스와 다중화 버스
    3 동기식 버스와 비동기식 버스

    5 버스 중재
    1 버스 중재 방식의 개요
    2 중앙 집중식 중재 방식
    3 분산식 중재 방식

    6 IO버스 표준
    1 PCI
    2 SATA
    3 SAS
    4 USB
    5 IEEE 1394
    요약
    연습문제

    Chapter 15 병렬 처리
    1 병렬 처리의 개요
    1 단일 프로세서의 한계
    2 병렬 처리와 요구 조건
    3 컴퓨터 시스템의 분류

    2 SIMD 방식 병렬 처리
    1 벡터 프로세서
    2 GPU

    3 다중 프로세서 시스템
    1 다중 프로세서 시스템의 개요
    2 UMA 구조와 NUMA 구조
    3 멀티코어

    4 다중 컴퓨터 시스템
    1 다중 컴퓨터 시스템의 개요
    2 클러스터

    5 상호 연결망 구조
    1 상호 연결망의 특징
    2 정적 상호 연결망
    3 동적 상호 연결망
    요약
    연습문제

    참고자료
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    저자소개

    생년월일 -
    출생지 -
    출간도서 5종
    판매수 704권

    경북대학교 컴퓨터공학과에서 학사 과정을 마친 후 University of Texas at Austin 에서 공학 석사 및 공학 박사를 취득했다. 산업연구원에서 연구원 및 책임연구원으로 재직했으며, 미국 IBM 에서 PowerPC 개발에도 참여했다. 현재 성신여자대학교 컴퓨터공학과 교수로 재직 중이다. 저서로는 [IT CookBook, 컴퓨터 아키텍처](한빛아카데미, 2014), [CDMA 이동통신을 위한 휴대폰 프로그래밍](홍릉과학출판사, 2007) 등이 있고, 역서로는 [디지털 시스템 설계 및 VHDL](인터비젼, 1999), [Java 프로그래밍의 이해](피어슨에듀케이션, 2002 ) 등이 있으며, 임베디드시스

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