한눈에 보이는 컴퓨터 구조(개정판 3판)

개정3판에서 추가되거나 달라진 부분
1. 2장 논리회로 기초: '2.1.7 문자 코드'에 유니코드를 설명하는 문장을 추가하고, '2.4.1 레지스터 간 데이터 전송'을 추가하였다.
2. 4장 중앙처리장치: '4.2.4 스택 포인터'에서 스택을 위에서 아래로 사용하도록 수정하였다.
3. 6장 명령어 집합: '6.2.4 0-주소 명령어 형식'을 추가하여 스택 연산을 추가하였다.
4. 8장 제어장치: 제어부와 실행부라는 표현을 제어장치와 처리장치로 수정하였다.
5. 9장 기억장치: '9.4.4 매핑함수' 설명 방법을 개선하고 예제를 추가하였다.

이 책의 내용
1장과 2장은 컴퓨터 구조를 설명하기 위한 서론 부분에 해당한다. 1장은 컴퓨터 구조가 다루는 범위를 제시하고 컴퓨터의 발달 과정을 다룬다. 2장은 기초지식으로서 조합논리회로와 순차논리회로의 빌딩블록들을 소개한다.
3장은 컴퓨터의 세 가지 구성 요소인 중앙처리장치, 기억장치, 입출력장치가 서로 협동하여 프로그램을 실행하는 과정을 설명한다. 4장부터 8장까지는 중앙처리장치를 설명한다. 중앙처리장치는 처리장치와 제어장치로 나눌 수 있다. 처리장치는 4장에서 주로 설명하는 레지스터와 5장에서 다루는 연산기로 구성되어 있다. 6장은 처리장치와 제어장치를 연결하는 명령어를 다룬다. 7장에서 RISC 형식의 8비트 프로세서인 ToyCOM을 설계한다. 중앙처리장치의 구성 요소와 명령어의 특징을 종합하여 간단한 프로세서를 설계하는 과정을 제시하였다는 것이 이 교재만의 특징일 것이다. 8장은 제어장치를 구현하는 두 가지 방법인 하드와이어드 방법과 마이크로프로그램 방법의 특징과 구조를 설명한다.
9장은 기억장치 소자와 캐시기억장치를 설명한다. 컴퓨터 하드웨어를 구동하는 운영체제를 위한 가상기억장치도 간단하게 소개한다. 10장은 입출력장치 개요와 프로그램, 인터럽트, 그리고 DMA 방식에 의한 세 가지 입출력 방식을 다룬다. 마지막으로, 11장은 RISC 프로세서의 특징과 슈퍼스칼라 프로세서, 그리고 고전적인 병렬 컴퓨터 분류 방식에 대하여 설명한다.
부록으로 제공하는 ToyCOM 시뮬레이터는 이 교재에서 개발한 프로세서인 ToyCOM을 프로그램으로 구현한 것으로, 프로그램의 실행 과정을 시스템 클럭 단위로 관찰할 수 있도록 개발한 응용 프로그램이다.

CHAPTER 01 컴퓨터 구조 소개
1.1 컴퓨터 구조 범위
1.2 컴퓨터 구성 요소
1.3 컴퓨터 발달 과정
1.3.1 세대별 컴퓨터 구분
1.3.2 마이크로프로세서 이후
1.4 교재의 구성
연습문제

CHAPTER 02 논리회로 기초
2.1 수와 코드
2.1.1 수의 체계
2.1.2 R진수
2.1.3 진법 변환
2.1.4 2진수, 8진수, 16진수
2.1.5 코드(Code)
2.1.6 이진화십진 코드
2.1.7 문자 코드
2.2 조합논리회로
2.2.1 논리게이트
2.2.2 정논리와 부논리
2.2.3 조합논리회로의 표현
2.2.4 디코더
2.2.5 인코더
2.2.6 멀티플렉서와 디멀티플렉서
2.2.7 가산기
2.3 순차논리회로
2.3.1 플립플롭
2.3.2 레지스터
2.3.3 시프트 레지스터
2.3.4 카운터
2.4 레지스터 전송
2.4.1 레지스터 간 데이터 전송
2.4.2 레지스터 전송 언어
2.5 요약
연습문제

CHAPTER 03 컴퓨터 구성 요소
3.1 프로그램 실행
3.1.1 기계어 프로그램
3.1.2 프로그램 내장형 컴퓨터
3.2 컴퓨터 구성 요소
3.2.1 중앙처리장치
3.2.2 주기억장치
3.2.3 입출력장치
3.2.4 AVR 마이크로제어기
3.3 시스템 버스
3.3.1 시스템 버스 구성
3.3.2 제어신호 종류
3.3.3 버스 계층
3.4 명령어
3.4.1 명령어 구성 요소
3.4.2 명령어 종류
3.4.3 오퍼랜드
3.5 명령어 실행 과정
3.5.1 프로그래머 모델
3.5.2 프로그램 실행 과정
3.6 요약
연습문제

CHAPTER 04 중앙처리장치
4.1 중앙처리장치 구조
4.1.1 제어장치
4.1.2 처리장치
4.2 레지스터
4.2.1 제어용 레지스터
4.2.2 상태 레지스터
4.2.3 명령어 실행용 레지스터
4.2.4 스택 포인터
4.2.5 베이스 레지스터
4.2.6 인덱스 레지스터
4.2.7 프로세서 레지스터
4.3 인터럽트
4.3.1 인터럽트 개념
4.3.2 인터럽트 처리 과정
4.3.3 인터럽트 가능 플래그
4.3.4 인터럽트 서비스 루틴
4.4 명령어 사이클
4.5 요약
연습문제

CHAPTER 05 연산기
5.1 연산기 개요
5.2 정수 표현
5.2.1 부호화 크기
5.2.2 보수
5.2.3 2의 보수
5.3 논리 연산
5.3.1 NOT 연산
5.3.2 AND 연산
5.3.3 OR 연산
5.3.4 XOR 연산
5.4 시프트 연산
5.4.1 논리시프트
5.4.2 산술시프트
5.4.3 회전
5.5 산술 연산
5.5.1 단항 연산
5.5.2 덧셈과 뺄셈
5.5.3 곱셈
5.5.4 나눗셈
5.6 실수 표현
5.6.1 부동소수점 표현
5.6.2 IEEE754 형식
5.7 실수 연산
5.7.1 덧셈과 뺄셈
5.7.2 곱셈과 나눗셈
5.8 요약
연습문제

CHAPTER 06 명령어 집합
6.1 명령어 특성
6.1.1 명령어 구성 요소
6.1.2 명령어 종류
6.1.3 명령어 형식
6.2 주소의 수
6.2.1 3-주소 명령어 형식
6.2.2 2-주소 명령어 형식
6.2.3 1-주소 명령어 형식
6.2.4 0-주소 명령어 형식
6.3 주소지정방식
6.3.1 즉치 주소지정방식
6.3.2 직접 주소지정방식
6.3.3 간접 주소지정방식
6.3.4 레지스터 주소지정방식
6.3.5 레지스터 간접 주소지정방식
6.3.6 변위 주소지정방식
6.4 오퍼랜드 저장
6.4.1 데이터 정렬
6.4.2 바이트 순서
6.5 명령어 종류
6.5.1 데이터 전달 명령어
6.5.2 입출력 명령어
6.5.3 산술 연산 명령어
6.5.4 논리 연산 명령어
6.5.5 데이터 변환 명령어
6.5.6 상태 레지스터 조작 명령어
6.5.7 분기 명령어
6.5.8 서브루틴 호출 명령어
6.5.9 인터럽트 명령어
6.5.10 시스템 제어 명령어
6.6 요약
연습문제

CHAPTER 07 중앙처리장치 설계
7.1 프로그래머 모델
7.2 명령어 형식
7.3 명령어 집합
7.3.1 데이터 전달 명령어
7.3.2 데이터 처리 명령어
7.3.3 비교 및 플래그 설정 명령어
7.3.4 분기 명령어
7.3.5 서브루틴 호출 및 인터럽트 명령어
7.3.6 시스템 관리 명령어
7.4 명령어 사이클
7.5 마이크로오퍼레이션
7.5.1 인출단계
7.5.2 실행단계
7.5.3 정지단계
7.5.4 인터럽트단계
7.6 제어신호
7.6.1 마이크로오퍼레이션 선택
7.6.2 제어신호 할당
7.6.3 검증
7.7 요약
연습문제

CHAPTER 08 제어장치
8.1 제어장치 기능
8.2 제어장치 종류
8.2.1 조합논리회로 구현
8.2.2 순차논리회로 구현
8.2.3 특성 비교
8.3 하드와이어드 제어장치
8.3.1 타이밍 신호 발생기
8.3.2 명령어 디코더
8.3.3 제어신호 발생기
8.4 마이크로프로그램 제어장치
8.4.1 마이크로프로그램 동작제어
8.4.2 제어신호 부호화
8.4.3 마이크로프로그램 순서제어
8.5 요약
연습문제

CHAPTER 09 기억장치
9.1 기억장치 특성
9.1.1 기억장치 종류
9.1.2 물리적 특성
9.1.3 용량 및 전송 단위
9.1.4 액세스 방법
9.1.5 성능 척도
9.1.6 기억장치 계층
9.2 반도체 기억장치
9.2.1 종류와 특성
9.2.2 반도체 기억장치 구조
9.3 기억장치 모듈 설계
9.3.1 기억장치 비트 폭 확장
9.3.2 기억장치 용량 확장
9.4 캐시기억장치
9.4.1 참조의 지역성
9.4.2 캐시기억장치 구조
9.4.3 캐시 설계시 고려 사항
9.4.4 매핑함수
9.4.5 교체정책
9.4.6 쓰기정책
9.4.7 일관성유지
9.5 가상기억장치
9.5.1 페이지 테이블
9.5.2 변환우선참조버퍼
9.5.3 가상기억장치 기능 확장
9.6 요약
연습문제

CHAPTER 10 입출력
10.1 입출력장치 개요
10.1.1 입출력장치 종류
10.1.2 입출력 모듈
10.1.3 입출력 포트
10.1.4 입출력 방법
10.2 프로그램 구동 입출력
10.3 인터럽트 구동 입출력
10.3.1 인터럽트 서비스 루틴
10.3.2 다중 인터럽트 처리
10.3.3 소프트웨어 폴링
10.3.4 다중 인터럽트 요청선
10.3.5 데이지 체인
10.3.6 우선순위 인코더
10.4 직접기억장치액세스
10.5 요약
연습문제

CHAPTER 11 고성능 컴퓨터
11.1 축소명령어집합 컴퓨터
11.1.1 축소명령어집합 컴퓨터 특징
11.1.2 명령어 파이프라인
11.1.3 분기예측
11.2 슈퍼스칼라 프로세서
11.2.1 슈퍼스칼라 프로세서 구조
11.2.2 데이터 의존성
11.2.3 스케줄링 정책
11.3 병렬처리 컴퓨터
11.3.1 컴퓨터 분류
11.3.2 SIMD형 프로세서
11.3.3 MIMD형 컴퓨터
11.3.4 병렬처리 한계
11.4 요약
연습문제

부록 ToyCOM 시뮬레이터
A.1 기능
A.2 화면 구성
A.3 ToyCOM 프로그램
A.4 시뮬레이션
A.5 이전 버전과의 차이점

연습문제 정답

전중남 연세대학교 공과대학 전자공학과
현재 충북대학교 전자정보대학 교수
〈저서〉
객체지향 프로그래밍(공저), 마이크로프로세서(공역), Verilog를 이용한 논리설계 기초(공역), 동작 원리 중심의 논리회로와 컴퓨터 구조
〈관심분야〉
컴퓨터 구조, 임베디드 시스템