컴퓨터 구조 : 컴퓨터 시스템 설계 방식(폰노이만 구조/하버드 구조)

* 폰노이만 구조 / 하버드 구조

: 컴퓨터 시스템 설계 방식으로, 메모리와 프로세서의 상호작용을 정의.
 
* 차이 : 프로그램 실행에 필요한 명령어와 데이터 보관하는 방법
(폰노이만 구조는 같이 보관하고, 하버드 구조 는 따로 보관함)
 
* CPU 설명 : https://kmmk808.tistory.com/194

컴퓨터 구조 : 컴퓨터의 3대 구성요소, CPU의 동작 원리

 
 

1) 폰노이만 구조, 1945

 

- 도입 배경 : 일반적 목적 컴퓨팅, stored programmed 방식의 메모리 중심 구조
 
폰노이만 구조 등장 전) 스위치를 설치하고 전선을 연결 -> 데이터 전송하고 신호처리 하는 방식으로 프로그래밍
폰노이만 구조 등장) CPU, 메모리, 프로그램 구조를 갖는 범용 컴퓨터 구조 확립
                                 -> 내장 메모리 순차 처리 방식
 
- 특징 : 단일 메모리 공간(코드와 데이터를 같은 공간에 저장)
            CPU는 메모리에서 명령어, 데이터를 동일 버스 통해서 읽고 씀.
            순차적 명령어 처리
            프로그램이 메모리에 저장 -> 다양한 프로그램 실행 가능
            범용 컴퓨터에서 사용 많이 함, intel 계열 CPU사용
 
- 장점 : 컴퓨터에 다른 작업을 시킬 때 전선(하드웨어) 재배치 할 필요 없고, 프로그램(소프트웨어)만 교체 -> '범용성' 향상
            -> 이 편의성으로 이후 거의 모든 컴퓨터들은 폰노이만 구조를 따름
           메모리 효율적 사용
           설계, 프로그래밍이 간단함.
 
- 단점 : 폰노이만 병목 현상 발생 (계산속도가 기억장치 속도에 영향을 받음)

            CPU와 메모리 분리 -> 데이터 접근 속도 제한

            명령어, 데이터를 동일 버스로 주고 받기 때문에 전송속도가 저하
            파이프라인 구조적 해저드 발생
 
 

2) 하버드 구조

 
- 도입 배경 : 하드웨어 발전과 시스템 자원 가격의 하락
 
- 특징 : 메모리 공간의 분리(코드와 데이터가 다른 메모리 공간에 저장됨)
           CPU는 두개의 별도 버스를 통해서 명령어와 데이터 동시 접근 가능 -> 병렬 접근
           프로그램이 고정되어 변경되지 않는 경우에 많이 사용
           임베디드 시스템에서 사용 많이 함 -> ARM 계열
           소형 마이크로 컨트롤러 구현 시, 높은 성능 향상 효과 -> 하버드 + RISC
 
          * RISC 설명 : https://kmmk808.tistory.com/197

컴퓨터 구조 : CPU 설계 방식(RISC/CISC), 파이프라이닝

 
 
- 장점 : 병렬 접근 가능 -> 속도 빠름
            병목현상 없음
 
- 단점 : 하드웨어 설계가 복잡 -> 비용 증가
            프로그램, 데이터 메모리 크기 조정이 유연하지 않음.
 
 
 

3) 현대 : 폰노이만 + 하버드 구조

 
- CPU 내부 : 하버드 구조
- CPU 외부 : 폰노이만 구조
                 -> 속도 향상 효과