컴퓨터구조론 (개정판 6 판)

컴퓨터구조론 (개정판 6 판)

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Description
현대 사회의 다양한 분야에서 혁신적 변화를 이끌고 있는 신기술인 인공지능(AI), 사물 인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 지능형 로봇 등은 모두 컴퓨터와 정보통신망을 기반으로 한 IT 기술에 근간을 두고 있다. IT 기술들 중에서도 컴퓨터 하드웨어는 시스템 소프트웨어와 더불어 컴퓨터시스템의 인프라를 구성하는 근본적 요소 기술이다. 따라서 컴퓨터 하드웨어의 동작 원리와 설계 방법을 공부하는 교과목인 컴퓨터구조론(Computer Architecture)은 거의 모든 컴퓨터 관련 교육기관들의 교과과정에 필수적으로 포함되어 있다. 그런데 최근 AI 분야가 요구하는 초고속 연산 및 대규모 데이터 처리 능력을 위해 컴퓨터 구조는 더욱 특화되고 최적화된 방향으로 발전하고 있다. 즉, AI 시대의 컴퓨터 구조는 기존의 CPU 중심 구조에서 벗어나, 병렬처리 및 데이터 이동의 효율성을 극대화할 수 있도록 각종 하드웨어 가속기들(GPU, TPU 등)과 고대역폭 기억장치(HBM)를 통합하는 방향으로 변화하고 있다. 따라서 컴퓨터구조론은 하드웨어와 소프트웨어의 경계를 넘어, 시스템의 전반적인 성능을 이해하고 개선하기 위해 필수적으로 갖추어야 할 지식이 되었다.
본 저서는 그러한 변화에 부응하여 컴퓨터 하드웨어의 기본 원리와 핵심 기술들에 대하여 폭넓게 설명하고 있으며, 컴퓨터의 성능을 높이기 위해 널리 사용되고 있는 멀티-코어 프로세서 구조와 주기억장치 기술인 DDR SDRAM 및 HBM, 그리고 3D NAND 플래시와 SSD를 포함한 각종 보조저장장치를 비롯한 최신 컴퓨터 기술들에 대해서도 전반적으로 소개하고 있다. 따라서 본 저서의 내용을 충실히 공부한다면 모바일 PC부터 슈퍼컴퓨터에 이르기까지 거의 모든 컴퓨터시스템들의 설계 개념에 대하여 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 또한 이 분야에서 반드시 알아야 할 중요한 내용들만 발췌하여 설명함으로써, 한 학기 동안에 마지막 장까지 공부하기에 무리가 없도록 분량을 조절하였다. 이 책의 수준은 대학 및 전문대학의 컴퓨터 관련학과들과 전자공학과에서 컴퓨터구조론 강의교재로 사용하기에 적당하며, 컴퓨터시스템을 개발하는 연구소나 기업체의 연구원들에게도 직접적으로 도움이 되는 참고 서적이 될 것이다.
저자

김종현

연세대학교공과대학전기공학과(공학사)
연세대학교대학원전기공학과(공학석사)
ArizonaStateUniversity,DepartmentofElectricalandComputerEngineering(Ph.D)
한국전자통신연구소컴퓨터연구단프로세서구조연구실실장
연세대학교과학기술대학컴퓨터정보통신공학부교수
(현)연세대학교명예교수
-저서
디지털논리회로,병렬컴퓨터구조론
-관심분야
컴퓨터구조,병렬처리,임베디드시스템,클라우드컴퓨팅,AI컴퓨팅

목차

CHAPTER01컴퓨터시스템개요
1.1컴퓨터의기본구조
1.2정보의표현과저장
1.3시스템의구성
1.3.1CPU와기억장치의접속
1.3.2CPU와I/O장치의접속
1.3.3전체시스템의구성
1.4컴퓨터구조의발전과정
1.4.1초기컴퓨터들의구조
1.4.2주요컴퓨터부품들의발전경위
1.4.3컴퓨터시스템의분류와발전동향
기본문제
연습문제

CHAPTER02CPU의구조와기능
2.1CPU의기본구조
2.2명령어실행
2.2.1인출사이클
2.2.2실행사이클
2.2.3인터럽트사이클
2.2.4간접사이클
2.3명령어파이프라이닝
2.3.12-단계명령어파이프라인
2.3.24-단계명령어파이프라인
2.3.3슈퍼스칼라
2.3.4동적실행
2.3.5듀얼-코어및멀티-코어
2.4명령어세트
2.4.1연산의종류
2.4.2명령어형식
2.4.3주소지정방식
2.4.4실제상용프로세서들의명령어형식
기본문제
연습문제

CHAPTER03컴퓨터산술과논리연산
3.1ALU의구성요소
3.2정수의표현
3.2.1부호화-크기표현
3.2.2보수표현
3.2.3부호-비트확장
3.3논리연산
3.4시프트연산
3.5정수의산술연산
3.5.1덧셈
3.5.2뺄셈
3.5.3곱셈
3.5.4나눗셈
3.6부동소수점수의표현
3.7부동소수점산술연산
3.7.1덧셈과뺄셈
3.7.2곱셈과나눗셈
기본문제
연습문제

CHAPTER04제어유니트
4.1제어유니트의기능
4.2제어유니트의구조
4.3마이크로명령어의형식
4.4마이크로프로그래밍
4.4.1인출사이클루틴
4.4.2간접사이클루틴
4.4.3실행사이클루틴
4.5마이크로프로그램의순서제어
기본문제
연습문제

CHAPTER05기억장치
5.1기억장치의분류와특성
5.2계층적기억장치시스템
5.2.1필요성및효과
5.2.2기억장치계층
5.3반도체기억장치
5.3.1RAM
5.3.2ROM
5.4기억장치모듈의설계
5.5캐시메모리
5.5.1캐시용량
5.5.2인출방식
5.5.3사상방식
5.5.4교체알고리즘
5.5.5쓰기정책
5.5.6다중캐시
5.6DDRSDRAM
5.6.1SDRAM
5.6.2DDRSDRAM
5.6.3기억장치랭크
5.7차세대비휘발성기억장치
5.7.1PRAM
5.7.2FRAM
5.7.3MRAM
기본문제
연습문제

CHAPTER06보조저장장치
6.1하드디스크
6.1.1디스크의구조
6.1.2디스크액세스시간
6.2RAID
6.2.1RAID출현의배경
6.2.2RAID의종류
6.3플래시메모리와SSD
6.3.1플래시메모리
6.3.2SSD
기본문제
연습문제

CHAPTER07시스템버스,I/O및인터럽트
7.1시스템버스
7.1.1시스템버스의조직
7.1.2시스템버스의기본동작
7.2버스중재
7.2.1병렬중재방식
7.2.2직렬중재방식
7.2.3폴링방식
7.3I/O장치의접속
7.3.1I/O제어
7.3.2I/O주소지정
7.4인터럽트를이용한I/O
7.4.1다중인터럽트방식
7.4.2데이지-체인방식
7.4.3소프트웨어폴링방식
7.5DMA를이용한I/O
기본문제
연습문제

CHAPTER08고성능컴퓨터시스템구조
8.1병렬처리의개념및필요성
8.2병렬처리의단위
8.3병렬컴퓨터의분류
8.3.1Flynn의분류
8.3.2기억장치액세스모델에따른분류
8.3.3시스템구성방법에따른분류
8.4다중프로세서시스템구조
8.4.1공유-기억장치시스템구조
8.4.2분산-기억장치시스템구조
8.4.3캐시일관성유지프로토콜
8.5GPU와HBM
8.5.1딥러닝기법을이용한인공지능의개요
8.5.2그래픽처리유니트(GPU)
8.5.3고대역폭기억장치(HBM)
기본문제
연습문제

부록A광저장장치
부록B컴퓨터클러스터링
참고문헌

출판사 서평

이책의내용

제1장컴퓨터시스템개요:컴퓨터의기본구조와동작원리에대하여분석하고,CPU,기억장치및I/O장치들을포함하는전체컴퓨터시스템의구성방법에대하여개괄적으로설명한다.그리고컴퓨터구조의발전경위를간략히살펴본다음에,모바일용소형컴퓨터부터슈퍼컴퓨터에이르기까지각종컴퓨터분류들에대한최근발전동향을분석해본다.
제2장CPU의구조와기능:CPU의내부구조와명령어실행과정및파이프라이닝기술에대하여자세히설명한다.그리고CPU의프로그램처리속도를높이기위한첨단구조인슈퍼스칼라및멀티-코어프로세서의설계개념과그에따른속도향상에대하여세부적으로분석하며,동적실행기법의원리와그를위한하드웨어구조를살펴본다.마지막으로,명령어세트의구성요소와설계방법에대하여설명하는데,여기에는RISC프로세서의명령어특성에대한분석도포함된다.
제3장컴퓨터산술과논리연산:컴퓨터산술및논리연산장치인ALU의내부구성을살펴본다.그리고논리연산의원리를공부한다음에,정수및부동소수점수의표현방법과산술연산에대하여설명한다.
제4장제어유니트:CPU의주요구성요소인제어유니트의내부구조와동작원리를분석하고,마이크로프로그래밍기법을이용한명령어세트의설계방법에대하여설명한다.
제5장기억장치:기억장치계층을분석함으로써기억장치시스템을전체적으로이해하도록한다.그런다음에반도체기억장치의내부조직을살펴보고,그들을이용하여기억장치모듈을설계하는방법에대하여설명한다.그리고주기억장치의속도를보완하기위한캐시메모리의구조와설계원리에대하여공부한다음에.기억장치대역폭향상을위한기술인DDRSDRAM및기억장치랭크의개념에대해서도분석한다.마지막으로는차세대반도체기억장치유형들인PRAM,FRAM및MRAM의원리에대하여간략히살펴보기로한다.
제6장보조저장장치:하드디스크의구조와동작원리를살펴보고,용량과신뢰도를높이기위한디스크배열인RAID의설계개념과구조를분석한다.그리고최근보조저장장치로널리사용되고있는플래시메모리와SSD의내부구조및동작원리에대하여자세히설명한다.특히3DNAND플래시의구조를심층분석하며,그들을이용하여구성되는SSD의성능개선을위한제반기술들도살펴본다.
제7장시스템버스,I/O및인터럽트:컴퓨터구성요소들간의정보교환을위한통로인시스템버스의구성과중재방법에대하여분석하며,I/O장치의접속방법과인터럽트메커니즘및DMA의동작원리에대하여설명한다.
제8장고성능컴퓨터시스템구조:컴퓨터시스템의성능향상을위한핵심기술인병렬처리의개념에대하여설명하고,병렬컴퓨터시스템에사용되는각종시스템구조및상호연결망들을소개한다.그리고서버급다중프로세서시스템구현에서캐시일관성유지를위하여사용되는MESI프로토콜에대하여분석한다.또한최근슈퍼컴퓨터를비롯한거의모든컴퓨터시스템에서수치적계산속도향상을위해널리사용되고있는GPU(GraphicProcessignUnit)및CUDA프로그래밍모델에대해서도설명한다.마지막으로는대형언어모델(LLM)을포함한각종AI응용처리를고속화시키기위한고대역폭기억장치(HBM)기술에대해서도자세히살펴본다.
[부록A]광저장장치:다목적보조저장장치로유용하게사용되는CD-ROM,DVD및블루-레이디스크(BD)와같은광저장장치들의원리와성능및특성에대하여설명한다.
[부록B]컴퓨터클러스터링:최근서버급시스템및슈퍼컴퓨터의구성을위하여가장널리사용되고있는시스템통합기술인컴퓨터클러스터링(computerclustering)의원리에대하여분석한다.