[컴퓨터과학 개론] 1강 - 컴퓨터와 자료(1)

✅ 1. 컴퓨터

(1) 컴퓨터란?

[ 프로그램이 가능한 데이터 처리기 ]

• 단순히 데이터 처리기 자체의 의미는 입력, 처리, 출력을 정의하는 용어라 계산기도 데이터 처리기로 볼 수 있음.
• 명확한 분류를 위해 컴퓨터의 특징인 프로그램을 추가하면 컴퓨터가 무엇인지 명확해짐. ( 프로그램이 가능한 데이터 처리기 )

[ 프로그램 이란? ]

• 컴퓨터가 데이터를 어떻게 처리할 지를 알려주는 일련의 명령어 집합을 의미함.
• 처리 가능한 작업의 유형과 연산의 집합을 결정
• 쉽게말해, 하나의 컴퓨터에 여러 프로그램을 돌릴 수 있기 때문에 작업의 유형과 연산의 집합을 결정 할 수 있게됨.
• 프로그래밍 과정의 결과물을 프로그램이라고 함. ( 알고리즘을 만들고 그것을 프로그래밍 언어로 구현 )

[ 정리 ]

• 컴퓨터는 특수 목적의 한 종류의 작업을 처리하는 기계가 아닌 다양한 형태의 작업을 수행할 수 있는 범용의 기계임.

(2) 컴퓨터의 장점

• 신속한 처리
• 처리 결과의 정확성: 유효한 입력 및 프로그램이 주어지면 항사 정확한 결과를 생성함.
• 자동: 프로그램의 지시에 따라 자동으로 처리되어 사람의 개입이 불필요 또는 최소화됨.
• 대용량: 대용량의 데이터 저장 및 처리가 가능

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✅ 2. 컴퓨터과학

(1) 컴퓨터과학 이란?

[ 데이터의 표현, 저장, 조작, 검색과 밀접히 관련된 분야 ]

• 데이터의 획득, 표현, 처리, 저장, 통신, 접근을 위한 방법들의 실행 가능성, 구조화, 표현, 기계화에 관련된 내용을 다루는 분야

[ 컴퓨터, 데이터, 프로그램, 알고리즘에 대한 분야 ]

• 알고리즘의 연구를 통해 효율적으로 자료를 처리하는 방법을 찾고 개발하는 분야

[ 알고리즘과 관련된 이슈를 다루는 분야 ]

• 주어진 문제를 해결하기 위한 처리 과정을 절차적으로 나열한 명령어들의 집합

(2) 컴퓨터과학의 특성

• 비교적 짧은 역사를 가지며, 빠른 변화와 사회 전반에 대한 엄청난 영향력이 있음.
• 다른 분야와의 밀접한 연관이 있으며 쉽게 융합이 가능 결과적으로 폭 넓은 연구 및 응용 범위를 가짐.

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✅ 3. 컴퓨터 시스템

(1) 컴퓨터 시스템의 구성요소

• 하드웨어, 소프트웨어, 데이터, 사용자 4가지 요소를 컴퓨터 시스템의 구성요소라고 부름.

(2) 하드웨어

• 컴퓨터라는 기계를 구성하고 있는 물리적인 기계, 전자장치 이다.
• 핵심 장치는 폰 노이만 모델에서 제시한 4개의 서브시스템이 하드웨어의 주를 이룬다.
• 서브시스템은 입출력 장치, 산술논리연산장치, 기억장치, 제어장치 4개로 구성이 되어있다.
• 컴퓨터의 내부 구조와 처리 과정을 정의한 모델을 폰 노이만 모델이라고 하며, 현대의 모든 컴퓨터가 해당 모델을 기반으로함

[ 하드웨어 장치 ]

• 산술논리연산장치: 산술 연산과 논리 연산의 수행을 통해 직접적인 데이터 처리가 이루어지는 장치
• 제어장치: 컴퓨터의 기억장치, 산술논리연산장치, 입출력장치의 동작을 제어하는 장치
• 산술논리연산장치와 제어장치를 합쳐서 CPU 라고 부름
• 기억장치: 주기억장치(휘발성), 보조기억장치(반영구) 가 있음.
• 입력장치: 키보드, 마우스, 마이크, 카메라 등 컴퓨터 내부로 입력하는 장치
• 출력장치: 모니터, 프린터, 스피커 등 컴퓨터 외부로 출력하는 장치

[ 하드웨어 요소 간의 통신 ]

(3) 폰 노이만 모델의 주요 개념

[ 내장 프로그램 ]

• 실행될 프로그램은 메모리에 저장되어야 한다.
• 초기 컴퓨터에서는 데이터만 메모리에 저장되고, 프로그램은 컴퓨터 외부에 표현되는 방식이었음. ( 애니악 )
• 프로그램과 데이터가 동일한 형식인 비트 패턴으로 메모리에 표현된다.

[ 프로그램은 유한 개의 명령어의 나열이다. ]

• 미리 정의된 기본 명령어의 유한 개의 조합으로 구성이 됨.
• 제어장치가 메모리에서 한 번의 하나씩 명령어를 가져와서 해석하고 산술논리연산장치가 실행함.
• 명령어의 재사용으로 인해 프로그래밍 작업이 간단해짐.

(4) 소프트웨어

[ 모든 종류의 프로그램을 총체적으로 표현하는 용어 ]

• 컴퓨터가 데이터를 어떻게 처리할 것인가를 규정하는 명령어들의 나열을 의미한다.
• 컴퓨터가 이해할 수 있도록 표현한 알고리즘으로 볼 수 있다. 즉, 프로그램을 소프트웨어로도 볼 수 있다.

[ 소프트웨어의 분류 ]

• 시스템 소프트웨어와 응용 소프트웨어 2가지로 나뉜다.

[ 시스템 소프트웨어 ]

• 컴퓨터 자체의 작업 관리와 특정 기능의 수행을 통해 컴퓨터의 전체적인 운영을 담당하는 프로그램
• 운영체제, 컴파일러 등이 있음.

[ 응용 소프트웨어 ]

• 사용자가 요구하는 작업을 직접적으로 수행하는 프로그램을 의미한다.
• 워드프로세서, 그래픽 프로그램, 웹 브라우저 등이 있음.

(5) 데이터

[ 모든 데이터는 유형에 관계 없이 비트 패턴 형태로 표현 ]

• 비트 패턴: 이진 상태를 나타내는 비트인 0과 1이 나열된 형태를 의미
• 폰노이만 모델에서는 데이터의 표현과 저장 형태에 대해서 정의하지 않음.
• 데이터의 입출력을 위해서는 적절한 형태로의 변환이 필요함 ( 컴파일러, 인터프리터가 해줌 )

(6) 사용자

[ 사용자, 오퍼레이터 ]

• 컴퓨터의 설계부터 효율적인 이용에 이르기까지 전반적인 데이터 처리 과정에서 유능하고 지식이 풍부한 사람의 적극적인 개입이 필요함.