컴퓨터 그래픽스 시스템 구성

중앙처리장치

중앙처리장치(CPU)의 구성

- 명령어의 해석과 자료의 연산, 비교 등의 처리를 제어하는 컴퓨터 시스템의 핵심적인 장치이다.

- 하드웨어 5대 장치로는 입력, 출력, 기억, 연산 제어가 있다.

- CPU는 기억, 연산, 제어로 묶어서 작업, 표현이 가능하다.

- 인간을 컴퓨터 하드웨어에 비유하는 경우가 많은데 굳이 비유하자면 CPU는 인간의 두뇌에 해당한다고 할 수 있다.

 

연산장치(ALU)

- 자료를 입력받아 산술연산, 관계연산, 논리연산 등을 수행하는 장치이다.

- 누산기 : 산술연산의 결과를 일시적으로 기억하는 레지스터이다.

 

제어장치

- 모든 장치들을 감시, 감독, 지시, 통제, 해독하는 가장 중추적인 부분이다.

- 프로그램 카운터(PC) : 다음에 실행할 명령의 번지를 기억하는 레지스터이다.

- 명령 해독기, 번지 해독기, 부호기 등으로 구성되어 있다.

 

레지스터

- CPU 내의 자료 임시기억 장소로 수많은 플립플롭으로 구성되어 있다.

- 가장 속도가 빠르다.

- 명령 레지스터(IR) : 현재 수행중인 명령어를 보관한다.

- 레지스터의 크기는 워드(Word) 크기와 메모리 용량과 관계가 있다.

 

 

중앙처리장치(CPU)의 성능 단위

MIPS	- Million Instruction Per Second - 1초 동안에 100만 개의 명령어를 처리할 수 있다는 의미이다.
FLOPS	- Floating-point Operation Per Second - 1초간 처리할 수 있는 부동소수점의 연산 횟수
클럭 속도(MHz)	프로세서를 동작하기 위한 전기적 펄스 신호이다. (단위 : Hz;헤르츠)

 

기억장치

- 데이터나 프로그램을 기억하는 장치로 주기억장치와 보조기억장치로 나뉜다.

- 주기억장치는 대부분 가격이 고가로 데이터를 보조기억장치에 옮기거나 컴퓨터 작업수행 시 필요한 장치이다.

- 보조기억장치는 영구적으로 데이터를 보관할 때 사용되며 저장공간이 크다.

- 보조기억장치는 전원이 꺼져도 데이터가 보관되며 주기억장치에 비해 저렴하다.

	용량	휘발성 여부	가격	접근 속도	사용 용도
주기억장치	소용량	휘발성	고가	빠름	CPU가 처리하는 명령과 데이터
보조기억장치	대용량	비휘발성	저가	느림	처리가 끝난 결과가 데이터에 반영구 보존

 

주기억장치(Main Memory)

롬(ROM; Read Only Memory)

- 한 번 기록한 후에는 빠른 속도로 읽어내는 것만을 허용하고 다시 기록하는 행위는 금하거나 극히 제한되는 기억장치이다.

- 기억된 내용을 읽을 수만 있는 기억장치이다.

- 일반적으로 쓰기는 불가능하다.

- 전원이 꺼져도 기억된 내용이 지워지지 않는 비휘발성 메모리이다.

- ROM은 주로 기본 입출력 시스템(BIOS), 글자 폰트, 자가진단 프로그램(POST) 등의 펌웨어를 저장하는 데 사용한다.

Mask ROM	제조과정에서 미리 내용을 기억시킨 것으로 변경이 불가능하다.
PROM(Programmable ROM)	특수 프로그램을 이용하여 한 번만 기록할 수 있으며, 이후에는 읽기만 가능한 ROM이다.
EPROM(Erasable ROM)	자외선을 이용하여 기록된 내용을 여러 번 수정하거나 새로운 내용을 기록할 수 있는 ROM(UV_EPROM)
EEPROM(Electrically EPROM)	전기적인 방법을 이용하여 기록된 내용을 여러 번 수정하거나 새로운 내용을 기록할 수 있는 ROM

 

램(RAM; Random Access Memory)

- 플립플롭으로 이루어진 메모리 소자를 임의로 지정하여 데이터를 해독-기록할 수 있는 주기억장치이다.

- 자유롭게 읽고 쓸 수 있는 기억장치이다.

- RAM에는 현재 사용중인 프로그램이나 데이터가 저장되어 있다.

- 전원이 꺼지면 기억된 내용이 모두 사라지는 휘발성 메모리이다.

- 일반적으로 "주기억장치"라고 하면 램(RAM)을 의미한다.

- 정보가 저장된 위치는 주소로 구분한다.

 

램의 종류

SRAM	- 정적 램이며, 전원이 공급되지 않아도 기억된 내용이 사라지지 않는 램(RAM)이다. - 전력 소모가 많다. - 접근 속도가 빠르다. - 집적도가 낮다. - 가격이 상대적으로 고가이다. - 접근 속도가 빨라 캐시(Cache) 메모리로 사용한다.
CRAM	- 동적 램이며, 휘발성 매모리이다. - 재충전(Refresh) 시간이 필요하다. - 전력 소모가 적다. - 접근 속도가 느리다. - 집적도가 높다. - 가격이 상대적으로 저가이다. - 집적도가 높아 PC의 메모리로 사용된다. - 기억 내용을 삭제하기 위해 데이터의 재입력이 항시 필요하기 때문에 다이나믹 램(Dynamic RAM)이라고도 부른다.

 

보조기억장치

자기디스크

- 둥근 원형에 자성 물질을 입혀 이를 회전시키면서 데이터를 기록하고 읽는 장치

- 순차 접근(SASD)과 직접 접근(DASD)이 모두 가능하다.

- 순차 접근(SASD) : 자기테이프처럼 순서대로만 진행되는 방식이다.

- 직접 접근(DASD) : 순차와 비순차 모두 가능하다. 자기디스크, HDD, 광디스크 등이 이에 속한다.

 

HDD(하드디스크)

- 고정식 대용량 기억 매체이다.

- 보조기억장치의 핵심... 이다. 현재는 SSD와 병용해서 사용하는 경우가 많다.

- 파티션 작업 후 사용 가능하다.

 

DVD(Digital Video Disk)

- CD-ROM의 향상판으로 4.5GB ~ 17GB의 대용량이다. (......시험에서 대용량이라고 하니까 그냥 대용량이라고 생각하자. 빠른 개정 바랍니다... 한국산업인력공단....)

- 양면 사용 가능하다.

- 화질, 음질이 우수하여 고화질 영상 매체로 활용된다.

 

CD-ROM

- 550MB ~ 850MB의 용량을 지닌 대용량의 판독 전용 장치이다. (어떻게 1기가도 안되는게 대용량...)

- 안정성이 뛰어나며 영구 보존이 가능하다.

- 배속 : 속도 단위, 1배속당 150KB/S이다.

 

자기 테이프

- 순차접근 방식(SASD)을 사용한다.

- BPI : Bite Per Inch. 기록 밀도 단위이다.

 

디스크 캐시

- 디스크에 있는 정보의 일부분을 저장하기 위해 메모리의 일정 영역을 유보해두는 것을 의미한다.

- 가장 최근에 읽었던 내용을 램에 저장해두어 램에서 데이터를 읽는다.

 

USB 메모리

- 읽기, 쓰기, 삭제가 자유로운 손가락만한 작은 저장장치이다.

- 컴퓨터와 기타 디지털 장치들이 USB와 호환 가능하다.

 

플래시 메모리

- 전원이 끊겨도 저장된 정보가 지워지지 않는 기억장치이다.

- 소비전력이 작고 가벼워 이동성이 좋은 메모리이다.

 

 

입력장치

- 컴퓨터로 데이터나 도형, 그림, 화상, 문자, 컬러 등 정보를 입력해주는 장치이며 2진법 코드로 변환되어 저장된다.

 

키보드

- 컴퓨터의 입력장치 중 하나로 타자기와 비슷하게 생긴 글자판이다.

- 작동 방식에 따라 기계식과 멤브레인식으로 나뉜다.

 

마우스(Mouse)

- 면 위를 이동시켜 조작하는 수동식 위치 입력장치이다.

- 동작 원리에 따라 볼 마우스, 광 마우스, 기계식 마우스 등으로 나뉜다.

- 마우스는 접속방식에 따라 COM 방식과 PS/2 방식으로 되어 있으며 최근에는 PS/2 방식을 주로 사용한다. (아닌데요... USB 포트 쓰는데요....)

 

트랙볼(Track Ball)

- 노트북 컴퓨터 등에서 볼 수 있는 위치 지정 도구 중 하나로 마우스를 엎어 놓은 듯한 구조이다.

- 볼과 버튼이 부착되어 있는데 볼을 회전시켜 마우스 지시자를 이동시킨다.

 

조이스틱(Joystick)

- 스틱의 움직임에 따라 스크린상의 위치를 선택한다.

- 스크린상의 점(dot)을 이동시키는데 사용된다.

 

태블릿(Tablet) ; 그래픽타블렛, 타블렛

- 컴퓨터그래픽의 자유로운 표현(연필과 붓의 느낌)에 적합하다.

- 스타일러스 펜이너 퍽(Puck)을 이용하여 입력 가능하다.

 

스캐너(Scanner)

- 이미지를 빛의 반사를 통해 컴퓨터가 인식하는 숫자로 전환하는 역할을 하는 입력장치이다.

- 스캐너는 반사된 빛을 측정하기 위해 CCD라는 실리콘칩을 사용한다.

- 입력된 파일의 크기를 원하는대로 축소, 확대가 가능하며 원하는 영역만 스캔할 수도 있다.

- 색상과 콘트라스트를 더욱 정확하게 조절하기 위해 감마 보정이라는 방법을 사용한다.

- 해상도를 조정할 수 있다. (단위 : DPI; Dot Per Inch - 1인치당 점의 수를 의미한다.)

- 화소(Pixel)의 방출이 많을수록 해상도가 높다.

- 드럼 스캐너, 평판 스캐너, 핸드 스캐너, 3D 스캐너 등이 있다.

드럼 스캐너	원고를 드럼(실린더)에 감아 붙여서 작업하는 스캐너로써 원색 분해 시스템에 많이 사용된다.
평판 스캐너	스캐너 덮개를 열고 평평한 유리판 위에 원고를 얹어 놓은 상태로 스캔하는 장치이다.
핸드 스캐너	손으로 움직여 그림이나 사진, 문서 등을 이미지 형태로 입력하는 스캐너이다.
3D 스캐너	3차원 모델 데이터를 입력하는 스캐너로 대상물을 레이저 등을 사용하여 직접 측정하는 것이 아니라 좌표로 인식하여 측정하는 입력장치이다.

 

디지털 카메라(Digital Camera)

- 촬영한 영상을 내부 기억장치로 저장할 수 있는 카메라

 

라이트 펜

- 광펜이라고 하며, 스크린상에 터치를 하기 위해 사용하는 펜 형태의 입력장치이다.

- 스크린 상의 점(dot)을 사용자가 입력하면 컴퓨터가 인식하여 저장한다.

 

터치스크린

- 스크린에 접촉하여 메뉴나 아이콘을 직접 선택 가능한 입력장치

- 은행, 휴대폰 등에 사용한다.

 

 

출력장치

- 데이터를 사람이 알아 볼 수 있도록 변환하여 외부로 출력해주는 장치이다.

- 문자나 소리, 인쇄, 프린트 등의 결과물들을 시각적, 청각적으로 표현한다.

- 대표적으로 모니터와 프린터 등을 예로 들 수 있다.

 

영상 표시장치(모니터)

① CRT

- 특징 : 우리가 흔히 볼 수 있는 PC 모니터로서 음극선관을 이용하여 출력을 표시하는 장치이다.

- 장점 : 가격이 저렴하고, 속도가 빠르고, 컬러가 다양하다.

- 단점 : 전력소모가 많고, 공간을 많이 차지하고, 눈의 피로가 크다.

 

② LCD

- 특징 : 액정을 이용해 출력하는 장치로써 얇게 제작이 가능해 노트북 등에 사용된다. 현재는 TFT LCD가 주로 사용된다. (아닐걸...)

- 장점 : 전력 소비가 적고 눈에 부담이 적다.

- 단점 : 가격이 비싸며 CRT보다 표시 속도가 느리다. (싸요.... 한국산업인력공단....)

 

③ PDP

- 특징 : 플라즈마 발광을 이용하여 문자를 나타내는 장치이다.

- 장점 : 고해상도이며 화면의 떨림이 없어 눈이 덜 피로하다.

- 단점 : 가격이 비싸고 전력소모가 많다.

 

④ LED

- 특징 : LED(Light Emitting Diode)는 발광 다이오드를 이용하며 컴퓨터, 프린터, 오디오, VTR 등의 표시화면으로 사용된다.

- 장점 : 전력 소모가 작고, 내구성이 우수하며 회로가 간단하다.

 

⑤ 모니터 화면의 구성

- 화면의 크기 : 대각선의 길이를 인치(Inch)로 표시한다.

- 해상도(Resolution) : "가로 픽셀 수 * 세로 픽셀 수"로 결정되며 픽셀 수가 많을수록 해상도가 높다. 모니터의 크기는 해상도의 결정적인 기준이 된다.

- Dot Pitch : 화면을 구성하는 점과 점 사이의 간격을 말한다. 단위는 mm를 사용한다.

- 화면 구성 방식 : Text, Graphic 방식

- 구성 : Pixel(Picture Element, 화소)

- 여러 해상도를 지원하는 멀티싱크 모니터(MultiSync Monitor)가 주류이다.

 

 

프린터

① 충격식 프린터

- 헤드의 해머가 이동하면서 핀에 충격을 가해 인쇄하는 방식으로 소음이 심하다.

도트 매트릭스	헤드의 해머가 이동하면서 핀에 충격을 가해 인쇄하는 방식이다.
프린터	- 종이에 직접적으로 충격을 주므로 소음이 심하다. - 9핀, 24핀으로 구분되며 핀의 수에 따라서 속도가 달라진다. - 유지비가 거의 들지 않으며 특정 업무에서만 사용되고 있다.
활자식 프린터	- 문자가 잉크 리본에 충격을 가해 인쇄하는 방식이다. - 만들어진 활자 외에 괘선 등은 인쇄가 불가능하다.

 

② 비충격식 프린터

- 잉크의 분사 또는 드럼과 토너를 이용하는 방법이다. 소음이 거의 없다.

열전사 프린터	- 잉크 리본을 열로 녹여 인쇄하는 방식이다. - 워드프로세서 전용기 등에 사용한다.
감열 프린터	- 감열지에 열을 가해 검게 변색시켜 인쇄하는 방식이다. - 팩시밀리(팩스), 은행의 번호표, 바코드 라벨 인쇄 등에 사용한다.
잉크젯 프린터	- 네 종류(CMYK)의 노즐을 통해 잉크를 흩뿌려서 문자나 어떤 이미지를 나타내는 프린트 방식이다. - 도트 프린터에 비해 소음이 적다. - 흑백과 컬러 모두 지원된다. - 미려한 인쇄물 출력이 가능하다. - 잉크를 사용하기 때문에 용지의 번짐 현상으로 인해 레이저에 비해 품질이 떨어진다.
레이저 프린터	- 복사기 원리에 따른 것으로 드럼에 토너 가루를 이용하여 인쇄하는 방식이다. - 번짐 현상이 없어 인쇄가 선명하다. - 상대적으로 고가이다. - 빠른 속도로 인쇄가 가능하다. - 부피가 크고 무겁다.

 

③ 플로터(Plotter)

- X축과 Y축을 마음대로 움직이는 펜을 사용하여 그래프, 도면, 그림, 사진 등의 이미지를 정밀하게 인쇄하고자 할 때 사용하는 출력장치이다.

- A0의 크기까지 출력 가능하다.

 

④ 필름 레코더(Film Recorder)

- 필름에 사진기술을 이용하여 컴퓨터 상의 이미지나 화상을 기록하는 장치이다.

 

⑤ 프로젝터(Projector)

- 컴퓨터, DVD 플레이어, 캠코더, VCR 등에서 보여지는 이미지나 영상을 크게 확대하여 보여주는 출력장치이다.

- 렌즈를 통해서 스크린 위에 확대 투영하여 많은 사람에게 동시에 보여주는 광학장치이다.

 

⑥ 인쇄 장치의 용어

품질 단위

- DPI(Dot Per Inch) : 1인치당 인쇄되는 점의 수로 해상도 단위로 사용한다.

- LPI(Line Per Inch) : 1인치당 출력되는 선의 수로 해상도 단위로 사용한다.

- DPI : LPI = 2 : 1

 

속도 단위

- CPS(Character Per Second) : 초당 인쇄되는 문자의 수를 말한다.

- LPM(Line Per Minute) : 분당 인쇄되는 줄의 수이다.

- PPM(Page Per Minute) : 분당 인쇄되는 페이지 수로 레이저 프린터의 속도 단위이다.

 

스풀

- 입출력 데이터를 일단 고속의 보조기억장치에 일시 저장해두어 중앙처리장치가 지체 없이 프로그램의 처리를 계속하는 방법이다.

 

모아레(Morie) 현상

- 스크린의 각도가 맞지 않아 망점이 서로 겹치면서 생기는 물결 모양의 노이즈이다.

 

트랩

- 걸쳐찍기라고 하며 인쇄할 때에 배경색과 전경색이 만나는 지점이 정확하게 일치하지 않아 인쇄 후 색과 색 사이에 흰 틈이 생기는 것을 방지하는 방법이다.