폰노이만 구조

폰노이만 구조

우리가 주목할 사건은 폰노이만 구조의 등장이다. 사실 에니악(ENIAC)은 현대 컴퓨터와 같이 다양한 프로그램을 수행할 수 있는 '범용 컴퓨터(general purpose computer)'는 아니었다. 다른 종류의 작업을 하기 위해서는 논리 회로의 구성을 바꿔야 했다. 소자를 연결하고 있던 전선을 다시 배열해 연결하는 과정이 필요했다. 이것은 시간과 인력이 매우 필요한 작업이므로 사람들은 컴퓨터의 구성(하드웨어)은 그냥 두고 소프트웨어만 바꾸어 다른 작업을 할 수 있는 범용 컴퓨터를 만들고 싶어 했다.

 

범용 컴퓨터 역사에서 빼놓을 수 없는 사람이 존 폰노이만(John von Neumann)이다. 그는 IAS 머신이라는 초기 범용 컴퓨터 개발에 참여했는데, 이 프로젝트에서 본인이 제안한 '폰노이만 구조'를 바탕으로 컴퓨터를 만들도록 감독했다. 이 폰노이만 구조는 이후에 나온 거의 모든 컴퓨터의 기본 구조가 되었다.

 

현재의 시각으로 봐서는 너무 당연한 구조이나 최초로 컴퓨터를 만들 때는 폰노이만 구조와 함께 다른 후보가 경쟁했다. 그중에는 명령어를 저장하는 메모리와 데이터를 저장하는 메모리를 분리한 '하버드 구조'도 있었다. 이 구조는 프로그램을 불러들이는 통로와 데이터를 저장하는 통로가 달라 병렬적으로 사용할 수 있었고 더 빠른 속도를 낼 수 있었다. 하지만 보다 많은 전기회로가 필요하고 복잡한 구성이 단점으로 작용했다. 결국 폰노이만 구조가 승리하며, 현재까지도 범용 컴퓨터의 표준으로 쓰이고 있다.

 

폰노이만 구조는 시스템을 통제하고 프로그램을 실행하는 CPU와 사용할 프로그램과 데이터를 저장하는 메모리로 구성된다. CPU는 컴퓨터 프로그램의 명령어를 해석해 연산하고, 외부로 출력하는 역할을 한다. 컴퓨터의 모든 작동 과정은 이 CPU에 의해 제어된다. CPU는 논리 소자로 구성되어 있고, 안에는 많은 수의 스위치 소자가 결합되어 있다.

 

메모리에는 CPU에서 사용할 프로그램과 데이터가 저장된다. 모든 CPU는 메모리에 저장된 프로그램을 불러와 실행한다. 그러므로 메모리에 저장된 프로그램만 바꾸면 하드웨어 변경 없이 다른 작업을 살 수 있는 것이다. CPU는 동작을 수행하기 위해 메모리의 데이터를 꺼내고, 해독하고, 실행하는 단계가 필요하다. 그 이후 발생한 데이터를 다시 메모리에 저장하거나 다음 명령어에 사용한다. 컴퓨터 외에도 간단한 밥솥부터 스마트폰까지 많은 제품이 이와 같은 폰노이만 구조로 이뤄져 있다.

 

하버드 구조

폰노이만 구조에서는 CPU가 프로그램과 데이터에 동시에 접근이 불가능해서 한번에 하나씩 처리할 수 없었던 반면 하버드 구조에서는 프로그램과 데이터를 동시에 읽는 것이 가능하다.

 

 

함께 읽으면 좋은 글

컴퓨터의 구조는 어떻게 생겼을까? 폰 노이만 구조

출처

[반도체의 이해 1편] 반도체를 이해하기 위해 알아야 할 역사적 사건들 (1/7)