010-143 컴퓨터 원리

1

010-143 컴퓨터 원리

Warming Up!

Computer Fundamentals

Computer History

Algorithm and Programming

Internet & WWW

Curriculum: School of Computer Science and Engineering

2

History of computer

B.C. 2600

~ A.D. 1943

Period of mechanical calculation

B.C. 2600 Origin of calculatorChinese abacus

1642, PascalThe first add-subtract calculator

1673, Leibniz

The first calculatorOf 4-fundamental arithmetic

1823, BabbageThe automatic calculator(polynomial, Diff. calculation)

1944, Harvard Univ.The first mechanical computer MARK I

The Start of the modern Era

3

History of computer

A.D. 1944~ : period of the electronic computer

ENIAC (1946 , Mauchly and Eckert)

The first electronic computer

electronic Numerical Integrator and Calculator

EDSAC (1949 , Cambridge Univ.)

The first program built-in computerhas its own memory..

EDVAC (1950 , Pennsylvania Univ.)

The first commercial computer

Completion of modern computer foundation

4

History of computer

Smaller! Faster! Cheaper!

The I’st generation computer (1951-1958) The 2’nd generation computer (1959-1964) The 3’rd generation computer (1965-1970) The 4’th generation computer (1971- current computer) The 5’th generation computer (future computer)

Development of computer – progress of performance, cost,size

5

History of computer

The 1’st generation (1950-1958) Vacuum tube : very big size and so much heat storage : magnetic core Data form : punched card Binary scale used Example : UNIVAC1(1951) - the first business application

electronic computer

Vacuum tube Magnetic core UNIVAC


6

History of computer

The 2’nd generation (1959-1964) transistor : 200-times small than vacuum tube , faster, more

reliable storage : magnetic core, magnetic disk , magnetic tape Modular design of hardware OS concept proposed High-level programming language appeared : FORTRAN ,

COBOL

transistor Transistor computer TX - 0Magnetic disk


7

History of computer

The 3’rd generation (1965-1970) Integrated circuit(IC) : complete electronic circuit on a

small chip of silicon Time sharing technique appeared:

many users use the same computer simultaneously Data communication appeared Software organization established :

집적회로

집적회로

IBM 360


IC

8

History of computer

The 4’th generation (1971-current) Extension of 3’rd generation technology Using LSI ,VLSI Micro processor appeared Personal computer(PC) spread vastly – computer

popularization Computer network and Internet spread Virtual memory concept proposed Database appeared

<micro processor>

Development of computer – progress of performance, cost, size

9

History of computer

Example of 4’th generation computer

<1980 early PC>mini computer

<super computer> <current desk-top> <current notebook><multimedia computer>


10

History of computer

The 5’th generation (onward)

Intelligent computer Expert system Natural language


11

Five basic components of a computer system

12

Computer architecture Decomposing computer (1/2)

Input device

Output device

Input device Output device Processing device Storage device

13

Computer architectureDecomposing computer (2/2)

Processing device

Storage device

Mother board

Input device Output device storage device processing device

14

CPU (Central Processing Unit)

: control center of computer

Composition of CPUArithmetic/logic unit (ALU)

- operation/calculation

Control unit (CU)

- data flow control

15

CPU diagram

16

History of CPU

integrity higher, clock velocity higher, data unit longer!

classical CPU (1968-1975) : 4bit 4004, 8bit 8008 1’st generation CPU : 8086(1978), 8088(1979) 2’nd generation CPU : i80286(1982) 3’rd generation CPU : i80386(1985) 4’th generation CPU : i80486(1989) 5’th generation CPU : pentium(1992) , pentium MMX(1997) 6’th generation CPU : pentiumⅡ (1997), celeron (1998 ~),

pentium3 (1998 ~), XEON 7’th generation CPU : pentium 4 (2000~), Itanium IA-64 (200?~)

17

History of CPU

286 CPU

386 CPU group486 CPU pentium

Pentium II Pentium 3

celeron Itanium IA-64

18

Well-Known Computers

IBM System 360/50 DEC VAX 11/780 Apple iMac Pentium4

0.15 MIPS

64 KB$1M

$6.6M per MIPS$16M per MB

1 MIPS(reported)0.5 MIPS(actual)

1 MB$200K

$200K to $400 per MIPS$200K per MB

700 MIPS(peak)427 MIPS(estimated)

32 MB$1229(September 1998)

$1.75 to $2.90 per MIPS$38 per MB

12600 MIPS(peak)4697 MIPS(estimated)

256 MB$1529

$0.12 to $0.33 per MIPS$5.97 per MB

1965 1977 1998 2003

19

Chip Manufacturing Process

Die cost + Testing cost + Packaging costChip cost = Final test yield

20

Processor Technology Trends

Source: Hennessy & Patterson Computer Architecture: A Quantitative Approach, 3rd Ed., Morgan Kaufmann, 2002

IntelPentium III

DECAlpha

HP9000

MIPSR2000

IBMPower1

HP9000

DECAlpha

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

RelativePerformance

Processor performance: 1.54x per year

■ 1.54 X per year

▲ 1.35 X per year

21

DRAM Technology Trendsyear size cycle ti

me

1980 64 Kbits 250 ns

1983 256 Kbits 220 ns

1986 1 Mbits 190 ns

1989 4 Mbits 165 ns

1992 16 Mbits 145 ns

1995 64 Mbits 125 ns

1998 256 Mbits 100 ns

DRAM density: 1.60x per year (4x in three years)

22

Transistors Per Die Trends

Source: www.icknowledge.com

23

Hard-Disk Technology Trends

Source: IBM HDD Evolution by Ed Grochowski at Almaden

Disk density: 1.50x - 1.60x per year (4x in three years)

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Computer History


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알고리즘 컴퓨터를 이용한 문제 해결 과정

문제 정의와 분석 알고리즘 고안 프로그램 작성

알고리즘 : 문제 해결 방법에 대한 단계별 풀이 과정

프로그램 : 알고리즘을 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 코딩한 것

알고리즘 작성 코딩

26

알고리즘의 중요성

100 만명을 대상으로 각자가 낸 납세액이 전체 납세액에서 차지하는 비율을 구하는 문제

27

알고리즘 1

1. 100 만 명의 납세액을 입력 받는다 . (1 초 )

2. 100 만면중 첫번째 대상자의 납세액을 읽어 온다 . (1/100 만 초 )

3. 100 만 명의 납세액 총액을 구한다 .100 만 * 1/100 만 초 +(100 만 - 1)*1/100 만 초 = 2 - 1/100 만 초

4. 2 의 값을 총합으로 나누어 납세 비중을 구한다 . (1/100 만 초 )

5. 아직 남은 대상자가 있으면 2~4 의 과정을 반복한다 .

총 소요시간 : 1+ (2 + 1/100 만 ) * 100 만 = 약 200 만 2 초 = 555시간

28

알고리즘 2

1. 100 만 명의 납세액을 입력 받는다 . (1 초 )

2. 100 만 명의 납세액 총액을 구한다 .100 만 * 1/100 만 초 +(100 만 - 1)*1/100 만 초 =2 - 1/100 만 초

3. 100 만명중 첫번째 대상자의 납세액을 읽어 온다 . (1/100 만 초 )

4. 3 의 값을 2 에서 계산한 값으로 나누어 납세 비중을 구한다 . (1/100 만 초 )

5. 아직 남은 대상자가 있으면 3~4 의 과정을 반복한다 .

총 소요시간 : 1+ 2 – 1/100 만 + (1/100 만 +1/100 만 )* 100 만 = 약 5 초

29

프로그래밍 언어 기계어 machine language

컴퓨터가 직접 이해 가능한 언어 0 과 1 의 조합으로 표현 사람이 이해하기는 복잡하고 어려움 00011010 0001 0010

어셈블리어 assembly language 0 과 1 의 조합을 상징적인 코드로 변환하여 인간의 이해도를 향상 컴퓨터에서 실행되려면 결국 기계어로 변환되어야 함 어셈블러 (Assembler) 라는 소프트웨어 필요 ADD 1, 2

고급언어 high-level programming language 인간이 이해하기 쉽게 만든 컴퓨터용 언어 역시 , 기계어로 변환시켜 주는 소프트웨어가 필요 ( 컴파일러 ) 예 ) FORTRAN, COBOL, PASCAL, BASIC, C, C++, Java...

30

프로그램 언어의 역사** 절차 (procedural, 함수 function) 중심적인 사고 객체 (object) 중심적인

사고

구조적 프로그래밍 기법 (1970 년 ~~ 1980 년대 중반 이전 ) 프로시져 , 함수 등의 사용으로 70 년대 대표적 구조적 프로그래밍기법 ALGOL 계열 (PASCAL, C 등 ) 언어들이 대표적

객체지향 프로그래밍 기법 (1980 년대 중반 이후 ) 객체간의 상호연동을 프로그래밍으로 표현 Smalltalk(‘83) 의 등장으로 비로소 객체지향 프로그래밍 언어시대 개막 추상화 , 캡슐화 , 다형성 , 동적 바인딩 등이 대표적 개념 C++, Java

31

프로그램 언어의 역사 C++

가장 대중적 언어인 C 와 객체지향 패러다임의 만남 C with classes C++ 사실상 C++ 는 순수한 의미에서의 객체지향 언어는 아니다 . 그러나 가장

대중적으로 성공한 객체지향 언어임에는 틀림없다 . Java

선 마이크로시스템사에서 개발한 프로그래밍 언어 간단하고 버그가 없는 전자제품 개발이 초기의 목적

플랫폼 독립적이면서 분산 네트워크 지원필요 1994 년 중반부터 웹의 인기 상승으로 브라우저 개발 현재는 Netscape 과 Explore 모두에서 자바를 지원 웹상에서 에니메이션이나 고수준의 상호작용이 가능 프로그래밍 언어로서의 자바

단순 , 객체지향적 , 분산처리 , 컴퓨터 구조에 중립적 등등

32

컴파일 (Compile)

컴파일 고급 언어로 작성한 프로그램을 컴퓨터가 이해할 수 있고 ,

실행 가능한 기계어로 번역하는 과정 컴파일러

번역을 담당하는 프로그램 컴퓨터 기종 , 운영 체제 , 프로그래밍 언어에 따라 다른

종류의 컴파일러 필요

33

컴파일 과정과 라이브러리

원시 파일(Source Code)

*.cpp

목적 파일(Object Code)

*.obj

컴파일 작업( 컴파일러 ,Compiler)

라이브러리(Library)

실행 프로그램(Executable Code)

*.exe

링크 작업( 링커 , Linker)

라이브러리 : 입출력과 같이 프로그래밍에서 공통으로 많이 쓰이는 작업들을 미리 컴파일하여 목적 파일 형태로 만들어 놓은 것들의 집합

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프로그램 에러와 디버깅 에러 종류

문법적 에러 (Grammatical Error) 프로그램이 언어의 문법에 어긋나는 경우 발생 컴파일러가 컴파일 시 에러 정보 출력

논리적 에러 (Logical Error) 프로그래머가 알고리즘을 잘못 만들었을 경우 발생 컴파일러가 검사할 수 없음 , 실행 시 오동작 버그 : 논리적인 에러 디버깅 : 버그를 찾아 고치는 과정

35

소프트웨어 유지 보수

S/W 유지 보수 비용 : 총 개발비의 80% 이상 유지 보수 작업 (Maintenance)

버그를 지속적으로 수정하는 유지 보수 사용자의 요구 사항을 반영하기 위한 유지 보수

프로그램 실행 속도 향상 , 프로그램 기능 추가 , …

유지 보수를 쉽게 하기 위해 프로그램을 쉽게 읽을 수 있는 형태로 작성 프로그램에 대한 문서화

36

C 프로그래밍 언어 Dennis Richie

UNIX 운영 체제를 설계하면서 개발 프로그래머에게 편리한 도구로 설계 시스템 프로그래밍 언어로 사용 장점

실행 속도가 빠르다 이식성이 좋다 프로그램을 논리적인 작업 단위로 작성하고 이를 계층적으로 배치할 수 있다 .

고급언어의 특성과 저급 수준 언어의 특성을 동시에 가지고 있다 .

37

C 언어 C 언어에서의 함수

단위 작업을 수행하기 위한 명령문의 집합 예

사용자로부터 입력을 받는다 . 입력에서 오류가 없는지 확인한다 . 계산한다 . 결과를 출력한다 .

위의 명령문들을 따로 묶어 분리하고 거기에 이름을 붙인 것 기능 : 입력을 받아 계산을 하고 그 결과를 넘겨준다 .

38

C 언어 여러함수의 모임int sum(int a, int b) { ….. ….. }double avg(int a, int b) {…. }

void main() { ….. sum (2,3); avg(10,20); }

39

C 언어 main()

C 프로그램 내에서 반드시 정의되어야 하는 특별한 함수 프로그램이 실행될 때 가장 먼저 실행되는 함수 main() 함수 내에서 다른 함수를 호출하는 식으로 프로그램이 실행된다 .

#include <stdio.h>main() {

printf(“Hello World”);}

printf() 함수는 직접 작성할 필요없음호출하여 사용하기만 하면 됨 (Library)

40

사칙 연산을 수행하는 C 프로그램

#include <stdio.h>main() {

int add, sub, mul, div;add = 4 + 2; sub = 4 - 2;mul = 4 * 2;div = 4 / 2;printf (“%d %d %d %d”, add, sub, mul, div);

}

<%d 의 의미 >- %d 는 형식 코드로서 이 위치에 변수 값을 출력한다 .- 출력하는 변수의 값은 정수임을 의미이다 .- 참고 ) 실수를 출력하기 위한 형식 코드는 %f

41

Basic Constructs of Programming Language

변수 (Variable) 배열 (Array) 연산자 (Operator) 흐름제어 (Flow control) 함수호출 (function call) 조건문 (If .. Then .. Else) 반복문 (Do..While, Repeat) 재귀함수호출 (Recursion) ……….

42

C program 예제

void swap(int pts[], int i, int j ){ int tmp;

tmp = pts[i]; pts[i] = pts[j]; pts[j] = tmp;}

void sorting(int pts[], int n) { for ( int i = 0; i < n; ++i ) { for ( int j = i; j < n; ++j ) { if( pts[i] > pts[j] )

swap(pts, i, j); } }

}

#include <stdio.h>

void main(){ int i; int points[5] = { 84, 82, 90, 89, 93};

for ( i = 0; i < 5; ++i )printf(“%d “, points[i]);

printf(“\n”); sorting(points, 5); for ( i = 0; i < 5; ++i )

printf(“%d “, points[i]);}

Main 함수

함수

함수호출

인자

배열

반복문

함수호출

43

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Internet & WWW


SNUOOPSLA Lab.

인터넷 인터넷 (Internet)(Internet)

참고 slide

SNUOOPSLA Lab.

A B전용선

사용 양

요금

전용선

전용선에 의한 통신참고 slide

SNUOOPSLA Lab.

A B전용선

C

참고 slide

SNUOOPSLA Lab.

A C

B

D

E

F. . . .

서로 남의 전용선 무료로 사용서로 남의 데이터 무료로 배달

Internet Host

참고 slide

48

Internet Host

Internet 에 직접 연결되어 있다 전용선으로 연결되어 있다 & 항상 가동되고 있다 “site” 혹은 “ server”라고도 부른다 ( 보통 workstation 급 이상 또는 대형 ) 고유한 host 이름을 인터넷상에서 가진다 (예 : unitel) 즉 고유한 주소 (IP address) 를 가진다 (예 : 147.23.3.11) 전세계 어디에서도 이 host 로 들어올 수 (access) 있다 TCP/IP 라는 인터넷 표준 통신 규약을 채택한다 Internet Host 사용자에게 user-id 를 발급한다

참고 slide

49

Internet Domain Name

인터넷 상에서 한 개의 호스트를 지정 예 : arts.snu.ac.kr

국가명 -- jp fr ...

기관 type -- ac edu com go

기관명 -- LAN

기관 내 host 명

참고 slide

SNUOOPSLA Lab.

A C

B

D

E

내 PC 와 Internet Host 간의 통신은 ?통신 선로가

(1) 기관이 설치한 LAN 이면 무료 (2) 가정의 일반 전화선이면 시내 통화료 (3) Data 전용선이면 별정의 요금

** Internet Host 간 통신료는 전세계 무료

?

참고 slide

SNUOOPSLA Lab.

내 PC 를 어느 Host 에 연결 ?

(1) 일반 상업용 ISP ( 인터넷접속서비스 ) – KT, Hanaro, CableTV….

(2) 기관 ( 대학 , 대기업 등 ) 보유 Internet Host -- through LAN

A C

B

D

E?

참고 slide

52

Internet

컴퓨터들간의 네트워크 자주적 네트워크 ( 상호호혜원칙 ) 제공기능 ( 소프트웨어 )

Email file 전송 주제별 bbs ( 전자게시판 ) WWW (Worldwide Web) telnet ( 원격 컴퓨터 사용 )

참고 slide

53

Internet email

email address [email protected]

<user-id> <internet domain name> * 즉시배달

* 배달증명 * 등기우편 * 365 일 24 시간 * 무료

* 저장가능

참고 slide

54

URL(Universal Resource Locator)

Internet 에서 각 file 마다의 주소 URL http://snu.ac.kr/a/b/c

1. 컴퓨터 Internet Domain Name 2. 파일 Pathname

3. 전송프로그램 http ftp .…

“file” “document” “page” *.htm file “web doc” “web page” (WWW 경우 )

보통 PC 화면 한 개 정도의 정보

참고 slide

55

Web Doc (1) ( 묻혀있는 URL 들 )

Browser 의 화면의 예 : 컴퓨터 표준인 X/Open 의 장점은 위에서 설명한 바와 같다 . X/Open 은 UNIX 의 API 에 대해 IEEE 가 표준안으로써 X/Open 회사가 비영리로 운영하는 OS spec 의 일종이다 . 이 표준에 대한 보고서는 원래 1985 년 파리에서 개최된 국제표준회의에서 .....

Just CLICK

참고 slide

56

Web Doc (2) ( 송수신 )

PC

Internet

SW: Web Server

HW: Internet HostHW: PC

SW: Web Browser (Client)

File

*.htm

참고 slide

57

Web Doc (3) ( 송수신 )

1. PC 에서 click 2. PC 는 URL (http://snu.ac.kr/doc1.htm)3. URL 에 따라 상대방 Internet Host 수신 4. 해당 Internet Host 가 요청된 file 을 꺼내옴 5. 요청한 PC 에게 file 송신6. PC 는 file 을 받아서 browser 안에서 display ( 글씨 , 소리 , 영

상 , ...)

참고 slide

SNUOOPSLA Lab.

멀티미디어데이터의 멀티미디어데이터의 표현과 전송표현과 전송

참고 slide

59

화면

12 8 12 33 99 1256 7 13 44 66 2312 4 34 57 99 12…...

컴퓨터내 image 의 표현

참고 slide

60

화면12 4 34 57 99 12…...

56 7 13 44 66 2312 4 34 57 99 12…...

12 8 12 33 99 1256 7 13 44 66 2312 4 34 57 99 12…...

** 동영상 --- 초당 25 - 30 개의 정지화상을 교체 (video) (image)

컴퓨터내 color 영상의 표현

참고 slide

61

Digital : 통일된 정보표현방법

Digital File

수 글씨 (Text) 소리 (Audio) 화면 (Image) 동화상 (Video)

** 모든 정보는 digital 로 표현될 수 있다

참고 slide

62

멀티미디어 컴퓨터

키보드

scanner

마이크

비디오카메라

컴퓨터컴퓨터

image

소리

글씨

수

스피커

video

참고 slide

63

정보량 v.s. 케이블 전송용량

전화선 100,000 bps

Voice 64,000 bps Audio 1,400,000 bps Video 176,000,000 bps (TV 의 경우 )

광케이블 1,000,000,000 bps

참고 slide

64

010-143 컴퓨터 원리

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1-2 학년 교과목 1 학년 1 학기 010.142* 컴퓨터의 기초 , 010.143* 컴퓨터원리

1 학년 2 학기 010.140* 공학수학 1.

2 학년 1 학기 4190.101* 이산수학 , 4190.102A* 컴퓨터프로그래밍 , 4190.201* 논리설계 , 4190.202* 논리설계실험 , ( 공대공통교과목 )*

2 학년 2 학기 010.141* 공학수학 2, 4190.210* 프로그래밍의 원리 , 4190.203 시스템프로그래밍 , 4190.204* 자료구조 , 4190.206A* 전기전자회로

66

3 학년 교과목 3학년 1학기

4190.302 데이터통신 , 4190.305 스위칭이론 , 4190.306 오토마타이론 , 4190.308* 컴퓨터구조 , 4190.310* 프로그래밍언어 , 4190.312A 화일구조 4190.313 선형 및 비선형 계산모델

3학년 1학기 4190.301 데이터베이스 , 4190.307* 운영체제 , 4190.309 컴퓨터시스템설계 , 4190.205A 컴퓨터시스템설계실험 , 4190.407* 알고리즘 , 4190.416A 디지털신호처리 , 4190.209 컴퓨터공학 세미나

67

4 학년 교과목 4 학년 1 학기

4190.311A 프로젝트 1, 4190.303B 내장형시스템 , 4190.401 VLSI 회로 , 4190.402 소프트웨어공학 , 4190.408 인공지능 , 4190.409 컴파일러 , 4190.410 컴퓨터그래픽스 , 4190.411 컴퓨터네트워크

4 학년 2 학기 4190.403 소프트웨어응용 , 4190.406 신형컴퓨터시스템 4190.413A 프로젝트 2, 4190.414 병렬처리 , 4190.415 컴퓨터보안 , 4190.412 컴퓨터모델링 , 4190.417 컴퓨터애니메이션 , 4190.418 e- 비즈니스 시스템 , 4190.419 생명공학과 컴퓨팅

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010-143 컴퓨터 원리

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Internet & WWW


69

If you are an energetic man or woman.. (….But I don’t think so……)

Computer Science : An Overview, Addison Wesley; 8 edition (February 18, 2004) by J. Glenn Brookshear

Schaum's Outline of Introduction to Computer Science

by Pauline Cushman, Ramon Mata-Toledo McGraw-Hill; 1 edition (September 3, 1999)

Many many 전산개론 books in 시중서점 최신 컴퓨터개론 (김명호저 , 대림출판사 )

70

Studying Academic Computer Science

Documents

010-143 컴퓨터 원리