컴퓨터를 구성하는 장치인 하드웨어는 실제의 물체로서 컴퓨터에서 사용되는 정보를 처리, 전송, 저장하고 전송 통로를 제공한다. 소프트웨어 없이 하드웨어만으로 구성된 시스템은 다양한 디지털 장치와 부품이 서로 연결되어 필요한 기능을 수행한다. 특정 목적으로만 사용되는 이러한 방식은 Hardwired Program이라 한다. 만약 다른 목적으로 사용하고싶다면 장치와 부품을 추가하거나 삭제하고 새롭게 연결해야한다.
이러한 이유로 컴퓨터의 구성 요소를 가장 큰 범주로 분류한 것이 하드웨어와 소프트웨어이다. 다목적으로 활용할 수 있는 범용 하드웨어는 장치와 부품을 교체하거나 연결 상태를 변경할 필요 없이, 소프트웨어가 새로운 제어 신호를 제공하면 이 제어 신호에 따라 다양한 작업이 가능하다.
이렇게 하드웨어가 특정 작없을 수행하도록 제어 신호를 제공하는 일련의 코드 또는 명령어(instruction)의 집합을 소프트웨어라고 한다. 한편 펌웨어(firmware)는 소프트웨어를 하드웨어화한 것으로, 하드웨어와 스프트웨어의 중간 위치에 해당하므로 미들웨어(middleware)라고도 한다.
| Type | Description |
|---|---|
| CPU(Central Processing Unit) | |
| 중앙 처리 장치 | 컴퓨터의 뒤뇌로 프로그램을 읽고 해석하여 실행한다. 산술논리 연산 장치, 제어 장치, 레지스터로 구성된다. |
| 기억 장치 | 컴퓨터에 필요한 정보를 저장한다. CPU가 사용하는 주기억 장치와 영구적 저장을 위한 보조 기억 장치로 구성된다. |
| 입력 장치 | 컴퓨터 시스템 외부로부터 정보를 입력받는다. 마우스, 키보드, 터치패드, 광학 스캐너 등이 있다. |
| 출력 장치 | 컴퓨터 시스템에서 처리한 결과를 외부로 출력한다. 프린터, 스피커, 모니터 등이 있다. |
CPU를 구성하는 산술논리 연산 장치, 레지스터, 제어 장치는 논리회로 소자의 집합이다.
산술논리 연산 장치(ALU)는 컴퓨터에서 산술 연산과 논리 연산을 수행하는 장치로, 이를 어떻게 설계하느냐에 따라 연산의 개수가 결정된다.
즉, ALU (산술 논리 연산장치)는 컴퓨터 내부에서 덧셈, 뺄셈, 논리 연산(AND, OR, XOR 등) 같은 연산을 수행하는 조합 논리 회로입니다.
레지스터는 CPU 내부에 위치한 초고속 임시 기억 장치입니다. 일반적인 메모리(RAM)보다 훨씬 빠르고 CPU와 직접적으로 연결되어 있어, 데이터 처리 속도를 극대화하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 플립플롭(Flip-Flop)은 1비트의 정보를 저장할 수 있는 가장 기본적인 디지털 회로인데, 이러한 플립플롭이 여러 개 모여 레지스터를 구성하고, 이로써 다양한 크기(예: 8비트, 16비트, 32비트, 64비트)의 데이터를 저장할 수 있습니다.
레지스터는 CPU가 연산을 수행하거나 명령어를 실행하는 데 필요한 데이터를 임시로 저장합니다. 이는 마치 책상 위에 자주 쓰는 도구들을 올려놓는 것과 같습니다. 필요한 정보가 멀리 떨어진 서랍(메모리)에 있는 것보다 책상 위(레지스터)에 있으면 훨씬 빠르게 작업을 처리할 수 있겠죠.