1차시

1-1

• 여러 부품은 어떻게 협력할까 : 컴퓨터 하드웨어는 역할을 분담하여 데이터를 주고받는 하나의 유기체처럼 동작
• 핵심 구성 : 입력장치, CPU, 메모리, 저장장치, 출력장치
• 정보 처리 흐름 : 입력 > 처리 > 기억 > 출력

한 부품이 혼자 처리하는 것이 아님

• 스마트폰 사진 촬영 단계 : 광원 수집 > 광전 변환 > 이미지 처리 > 저장 및 출력

1-2

• 컴퓨터의 두뇌는 무슨 일을 할까 : 사람의 뇌가 몸의 각 기관에 명령을 내리고 수치를 계산하듯, 컴퓨터에서 일어나는 모든 연산과 제어를 전담
• CPU의 역할 : 명령 해석 > 계산 > 장치 제어
• CPU 내부 : 제어장치, 레지스터, 산솔논리연산장치

CPU는 스스로 의미를 이해하는 것이 아닌 프로그램 명령을 실행하는 것

1-2 - 심화 학습

• CPU는 어떻게 명령을 빠르게 처리할까 : CPU가 명령어를 빠르게 처리할 수 있는 핵심은 클럭 속도 상향, 병열 처리 기법, 메모리 병목 해소 등 하드웨어 설계 기술에 있다.
• 명령어 처리 주기 : 인출 > 해독 > 실행 > 저장을 반복
• CPU 내부 협력 : 제어장치, 레지스터, ALU
• CPU 성능 요소 : 클록, 코어, 캐시, 메모리, 프로그램
• 코어가 두 배면 항상 두 배 빠를까 : 소프트웨어가 작업을 여러 코어로 완벽히 나누지 못하고, 메모리 공유 및 코어 간 통신 오버헤드가 발생하기 때문에 코어가 2배 늘어나도 실제 속도는 2배까지 빨라지지 않는다.

CPU 성능 = 클록 하나가 아닌 구조, 코어, 캐시, 메모리, 프로그램의 종합 결과

1-3

• 프로그램 한 줄은 어떻게 실행될까 : 프로그램 코드 한 줄은 [소스 코드 > 기계어 변환 > 메모리 로드 > CPU 실행] 과정을 거쳐 컴퓨터에 전달
• 명령 주기 : 인출 > 해독 > 실행 > 저장 반복

프로그램 전체를 한꺼번에 처리하는 것이 아닌 작은 명령을 빠르게 반복하는 것

• 두 수의 덧셈을 네 단계로 설명 : CPU는 RAM에서 명령어를 인출하고 무슨 작업인지 해독한 뒤, ALU를 통해 연산을 실행하고 결과를 메모리에 저장하여 처리

1-3 - 심화 학습

• 명령어 하나는 CPU 안에서 어떻게 이동하고 실행될까 : 명령어는 PC가 가리키는 주소에서 IR로 인출되어 제어장치에서 해독된 후, ALU에서 실행되어 결과가 레지스터나 메모리에 저장
• 명령어의 구조 : ADD / R3, R1, R2
• 인출의 내부 흐름 : PC > MAR > 메모리 > MDR > IR
• 세 가지 버스 : 주소 버스(목적지), 데이터 버스(내용), 제어 버스(읽기/쓰기)
• 실행 추적 : 상태 저장 > 처리 > 복귀

명령어 실행은 작은 이동과 제어가 정확한 순서로 반복되는 과정

1-4

• GHz가 두 배면 항상 두 배 빠를까 : GHz가 2배가 된다고 해서 실제 컴퓨터나 소프트웨어의 실행 속도가 2배로 빨라지지는 않음. 실제 성능은 다양한 하드웨어적 요소와 병목 현상에 의해 결정
• 성능의 요소 : 클럭, 코어, 스레드, 캐시, 설계 구조, 발열

GHz 숫자만 비교하는 것이 아닌 세대/구조/작업과 함께 비교

• 강의 시청용과 4K 편집용의 우선 요소는 : 강의 시청은 디스플레이와 가성비가 핵심인 반면, 4K 편집은 대용량 RAM과 고성능 GPU가 절대적인 핵심

1-5

• 부품은 어디에서 서로 연결될까 : 컴퓨터의 모든 부품은 메인보드에 직접 꽂히거나 케이블로 연결되어 서로 데이터를 주고받음.
• 메인보드 지도 : CPU 소켓, 입출력 포트, 확장 슬롯, 메모리 슬롯, 저장장치 연결부
• 버스의 세 통로 : 데이터, 주소, 제어 신호

2차시

2-1

• 저장장치가 있지만 RAM이 필요한 이유 : RAM이 반드시 필요한 이유는 속도 차이 때문
• 메모리의 역할 : 실행 중인 프로그램과 데이터의 작업 공간

RAM만 늘리면 항상 빨라지는 것이 아닌, 병목을 함께 확인

• 브라우저 탭이 많으면 왜 느려질까 : RAM(메모리) 부족 때문

2-2

• 전원을 끄면 무엇이 남을까 : 전원을 끄면 비휘발성 메모리(저장장치)에 들어 있는 데이터만 남고, 휘발성 메모리(주기억장치)의 데이터는 모두 소멸
• RAM : 빠른 읽기/쓰기, 작업 중 임시 보관, 전원 끄면 내용 사라짐
• ROM/플래시 : 기본 정보/펌웨어, 전원 꺼도 내용 유지, 정해진 절차로 업데이트

ROM은 절대 변경 불가한 것이 아닌, 현대 펌웨어는 업데이트 가능

• 남아야 할 정보와 사라져도 될 정보는 : 다시 사용할 결과물과 환경 설정은 SSD(창고)에 남아야 하고, 잠시 필요했던 중간 계산 과정과 임시 작업대(RAM) 데이터는 사라져도 됨.

2-3

• CPU 가까이에 왜 또 메모리가 필요할까 : RAM 마저도 초고속 CPU에 비하면 너무 느리기 때문
• 캐시의 역할 : 자주 쓸 데이터 가까이 보관
• 캐시 단계 : L1(가장 작고 빠름), L2(중간), L3(더 크고 공유)
• 지역성 : 시간 지역성, 공간 지역성
• 반복 계산이 캐시의 도움을 받는 이유는 : 방금 쓴 데이터나 코드는 곧 또 쓴다는 프로그램의 고유한 특성 때문

2-4

• 모두 가장 빠른 장치로 만들면 안될까 : 비용, 물리적 한계(크기/발열), 전력 소모 때문
• 계층 피라미드(왼쪽일수록 속도 빠름, 용량 작음, 가격 높음) : 레지스터, 캐시, RAM, SSD, HDD

2-5

• 느린 원인이 메모리 부족인지 어떻게 알까 : 메모리 점유율과 가상 메모리(디스크) 디스크 활성화 상태를 확인하는 것
• 함께 볼 지표 : CPU, 메모리, 디스크
• 메모리 압박 흐름 : RAM 부족 > 가상 메모리 사용 > 디스크 활동 증가 > 전환 지연

사용률이 높으면 고장나는 것이 아닌 지속 시간/체감 증상을 함께 확인

3차시

3-1

• 파일은 전원을 꺼도 어떻게 남을까 : 전기 신호 없이도 물리적 상태가 유지되는 구조를 사용하기 때문
• 비휘발성 저장 : 전원을 꺼도 내용 유지

용량이 크면 안전한 것이 아닌, 별도의 백업이 필요함

• 과제 파일 저장 과정을 세 역할로 나누어 보자 : CPU가 명령을 내리면, RAM에 있던 과제 데이터를 SSD의 전자 덫에 물리적으로 가두어 전원이 꺼져도 안 날아가게 영구 보관

3-2

• 같은 용량인데 속도와 가격이 다른 이유 : '기계적 구동 방식'과 '반도체 전자 방식'이라는 물리적 구조 차이 때문
• HDD : 자기 디스크, 기계적 이동, 대용량/저렴, 충격/소음 주의 > 영상 원본/장기 보관
• SSD : 플래시 메모리, 움직이는 부품 없음, 빠름/조용, 용량 당 가격 고려 > 운영체제/자주 쓰는 앱

SSD는 모두 같은 속도가 아니기 때문에 제품 구조를 확인해야 함.

3-3

• 현실의 정보는 어떻게 데이터가 될까 : 컴퓨터는 0과 1의 무수한 조합을 RAM과 SSD에 정렬된 전자 상태로 보관함으로써 현실의 정보를 디지털 데이터로 소유
• 온라인 수업의 입력장치 세 가지는 : 마이크(소리), 캠(빛/영상), 태블릿(손글씨/필기)이라는 3가지 입력장치를 통해 현실의 정보를 0과 1의 데이터로 바꾸어 전송

3-4

• 0과 1은 어떻게 화면과 소리가 될까 : 0과 1이라는 숫자가 GPU와 모니터를 거치며 픽셀의 빛(전압) 조절로 바뀌어 화면이 되고, DAC와 스피커를 거치며 진동판의 물리적 떨림으로 바뀌어 소리가 됨.
• 게임/인쇄/접근성에서 중요한 출력 특성은 : 게임은 속도(주사율/응답속도), 인쇄는 정밀도(DPI/CMYK), 접근성은 인지성(명암비/대체출력)이 가장 중요한 출력 특성

3-5

• 비싼 컴퓨터가 모두에게 가장 좋을까 : 컴퓨터는 '가장 비싼 장비'가 아니라, 나의 작업 목적을 딱 맞춰 해결해 주는 컴퓨터가 가장 좋은 컴퓨터
• 선택 순서 : 목적 > 프로그램 요구 > 예산 > 균형 > 확장성