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컴퓨터는 외부와 어떻게 상호작용하는가

1. 저수준 I/O

  • 저수준 I/O란 컴퓨터에서 하드웨어와 직접적으로 통신하는 입출력 방식이다.
  • 저수준 I/O는 CPU가 입출력 장치의 레지스터에 명령어와 데이터를 읽고 쓰는 방식이다.
  • 저수준 I/O의 장점은 입출력 장치의 세부적인 제어가 가능하고, 입출력 속도가 빠르다는 것이다.
  • 저수준 I/O의 단점은 입출력 장치의 종류와 모델에 따라 다른 코드를 작성해야 하고, 입출력 프로그래밍이 복잡하고 어렵다는 것이다.

2. 네트워킹

  • 네트워킹이란 컴퓨터에서 서로 데이터를 교환하고 리소스를 공유할 수 있는 상호 연결된 컴퓨팅 장치들의 집합이다¹.
  • 네트워킹은 노드와 링크로 구성된다. 노드는 컴퓨터, 스마트폰, 프린터 등과 같은 네트워크 장치이다. 링크는 노드들을 연결하는 전송 매체이다. 링크는 케이블, 광섬유, 무선 등과 같은 물리적이거나 논리적인 방식으로 구현된다.
  • 네트워킹은 다음과 같은 두 가지 유형으로 나뉜다.
    • LAN (Local Area Network): LAN은 크기와 지역이 제한된 상호 연결된 시스템으로, 대개 단일 사무실이나 건물 내에서 컴퓨터와 디바이스를 연결한다². LAN은 높은 속도와 신뢰성을 제공하고, 비용이 저렴하다. LAN의 예로는 이더넷, 와이파이, 블루투스 등이 있다.
    • WAN (Wide Area Network): WAN은 건물, 도시, 국가에 걸쳐 있는 기업 네트워크를 말한다². WAN은 LAN보다 속도와 신뢰성이 낮고, 비용이 비싸다. WAN의 예로는 인터넷, 전화망, 위성망 등이 있다.

2-1. 최근의 LAN들

  • 최근의 LAN들은 다음과 같은 특징을 가진다.
    • 무선 LAN: 무선 LAN은 물리적인 케이블이나 광섬유 없이 무선 주파수를 이용하여 네트워크를 구성하는 방식이다. 무선 LAN은 이동성과 유연성이 높고, 설치가 쉽다. 무선 LAN의 표준으로는 IEEE 802.11 (와이파이)가 있다.
    • 광섬유 LAN: 광섬유 LAN은 광섬유 케이블을 이용하여 네트워크를 구성하는 방식이다. 광섬유 LAN은 전자기 간섭에 영향을 받지 않고, 높은 대역폭과 전송 거리를 제공한다. 광섬유 LAN의 표준으로는 IEEE 802.3 (이더넷)이 있다.
    • 스위치드 LAN: 스위치드 LAN은 스위치라는 장치를 이용하여 네트워크를 구성하는 방식이다. 스위치는 네트워크의 각 노드에 연결되어 있으며, 패킷을 수신하면 목적지 주소를 확인하여 적절한 포트로 전송한다. 스위치드 LAN은 충돌을 방지하고, 성능을 향상시킨다.

2-2. 인터넷

  • 인터넷이란 전 세계의 수많은 네트워크들이 서로 연결되어 하나의 거대한 네트워크를 형성하는 것이다¹.
  • 인터넷은 다음과 같은 특징을 가진다.
    • 분산형 구조: 인터넷은 중앙 서버나 권위 기관이 없이, 독립적인 네트워크들이 자율적으로 운영되는 분산형 구조이다. 인터넷은 장애나 공격에 대해 내성이 있고, 확장성이 높다.
    • TCP/IP 프로토콜: 인터넷은 TCP/IP라는 통신 프로토콜을 사용하여 데이터를 교환한다. TCP/IP는 네트워크 계층 모델로, 응용 계층, 전송 계층, 인터넷 계층, 링크 계층으로 구성된다. TCP/IP는 다양한 네트워크와 장치들이 상호 호환성을 가지도록 한다.
    • 도메인 이름 시스템: 인터넷은 도메인 이름 시스템 (DNS)이라는 서비스를 제공한다. DNS는 네트워크 장치들의 IP 주소를 사람이 읽을 수 있는 도메인 이름으로 변환하거나 반대로 변환하는 역할을 한다. DNS는 인터넷의 주소록과 같다.

3. 아날로그 처리 방법

  • 아날로그 처리 방법이란 컴퓨터에서 아날로그 신호를 처리하는 방법이다.
  • 아날로그 신호란 연속적이고 변화하는 값으로 표현되는 신호이다. 예를 들어, 소리, 온도, 전압 등이 아날로그 신호이다.
  • 컴퓨터는 아날로그 신호를 직접 처리할 수 없으므로, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하거나, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정이 필요하다.
  • 아날로그 처리 방법은 다음과 같은 두 가지 유형으로 나뉜다.
    • 디지털을 아날로그로 변환: 디지털을 아날로그로 변환 (DAC)이란 컴퓨터에서 생성된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 과정이다. 예를 들어, 컴퓨터에서 음악 파일을 재생할 때, 디지털 신호를 스피커가 인식할 수 있는 아날로그 신호로 변환해야 한다. DAC는 샘플링 주파수, 해상도, 동작 방식 등에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
    • 아날로그를 디지털로 변환: 아날로그를 디지털로 변환 (ADC)이란 컴퓨터에 입력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정이다. 예를 들어, 마이크로폰에서 들어오는 소리를 컴퓨터에서 처리할 수 있도록 디지털 신호로 변환해야 한다. ADC는 표본화, 양자화, 부호화라는 세 가지 단계를 거친다.

3-3. 디지털 오디오

  • 디지털 오디오란 소리를 디지털 신호로 표현한 것이다.
  • 디지털 오디오는 다음과 같은 특징을 가진다.
    • 샘플링 주파수: 디지털 오디오의 샘플링 주파수는 사람의 가청 주파수 범위를 고려하여 결정된다. 일반적으로 CD의 샘플링 주파수는 44.1kHz이다. 샘플링 주파수가 높을수록 음질이 좋아지지만, 데이터의 양도 증가한다.
    • 해상도: 디지털 오디오의 해상도는 양자화 레벨의 수를 의미한다. 일반적으로 CD의 해상도는 16비트이다. 해상도가 높을수록 음질이 좋아지지만, 데이터의 양도 증가한다.
    • 채널: 디지털 오디오의 채널은 소리의 방향성을 표현하는 수를 의미한다. 일반적으로 모노는 1채널, 스테레오는 2채널, 서라운드는 5.1채널 등이 있다. 채널이 많을수록 입체적인 소리를 들을 수 있지만, 데이터의 양도 증가한다.
    • 압축: 디지털 오디오의 압축은 데이터의 양을 줄이기 위해 사용하는 기법이다. 압축 방식에는 무손실 압축과 손실 압축이 있다. 무손실 압축은 원본과 동일한 음질을 유지하면서 압축하는 방식이다. 예를 들어, FLAC, ALAC, WAV 등이 있다. 손실 압축은 원본과 다른 음질을 감수하면서 압축하는 방식이다. 예를 들어, MP3, AAC, OGG 등이 있다.

3-4. 디지털 이미지

  • 디지털 이미지란 그림이나 사진을 디지털 신호로 표현한 것이다.
  • 디지털 이미지는 다음과 같은 특징을 가진다.
    • 픽셀: 디지털 이미지는 정사각형 모양의 수많은 픽셀이 모자이크 타일 처럼 구성되어 있다. 픽셀은 해당 위치에서 그 픽셀이 가진 색상 정보를 표현한다. 픽셀의 수는 디지털 이미지의 해상도를 결정한다. 예를 들어, 800x600 픽셀의 디지털 이미지는 가로 800개, 세로 600개의 픽셀로 이루어져 있다.
    • 색상 모델: 디지털 이미지는 색상을 표현하기 위해 다양한 색상 모델을 사용한다. 색상 모델은 색상을 구성하는 기본 요소와 그 비율을 정의하는 방식이다. 색상 모델의 종류에는 RGB, CMYK, HSV, HSL 등이 있다. RGB는 빨강, 초록, 파랑의 삼원색을 이용하는 색상 모델이다. CMYK는 청록, 자홍, 노랑, 검정의 네원색을 이용하는 색상 모델이다. HSV는 색상, 채도, 명도를 이용하는 색상 모델이다. HSL은 색상, 채도, 밝기를 이용하는 색상 모델이다.
    • 이미지 포맷: 디지털 이미지는 파일로 저장하거나 전송하기 위해 다양한 이미지 포맷을 사용한다. 이미지 포맷은 디지털 이미지의 구조와 압축 방식을 정의하는 방식이다. 이미지 포맷의 종류에는 BMP, JPEG, PNG, GIF, TIFF 등이 있다. BMP는 비트맵 형식으로, 압축을 하지 않고 픽셀의 색상 정보를 그대로 저장하는 이미지 포맷이다. JPEG는 주로 사진을 저장하기 위해 사용되는 이미지 포맷이다. JPEG는 손실 압축을 이용하여 이미지의 크기를 줄이지만, 품질도 저하된다. PNG는 휴대성이 높고, 무손실 압축을 이용하는 이미지 포맷이다. PNG는 투명도를 지원하고, 색상의 수를 조절할 수 있다. GIF는 애니메이션을 지원하는 이미지 포맷이다. GIF는 256색 이하의 이미지에 적합하고, 무손실 압축을 이용한다. TIFF는 고품질의 이미지를 저장하기 위해 사용되는 이미지 포맷이다. TIFF는 여러 가지 압축 방식을 지원하고, 메타데이터를 포함할 수 있다.

4. 휴먼 인터페이스 장치

  • 휴먼 인터페이스 장치 (Human Interface Device, HID)란 컴퓨터와 사람이 상호 작용할 수 있도록 하는 장치이다.
  • HID는 다음과 같은 특징을 가진다.
    • 입력 장치: 입력 장치는 사람이 컴퓨터에 명령이나 데이터를 전달하는 장치이다. 입력 장치의 종류에는 키보드, 마우스, 터치스크린, 마이크로폰, 스캐너, 조이스틱 등이 있다.
    • 출력 장치: 출력 장치는 컴퓨터가 사람에게 정보나 피드백을 제공하는 장치이다. 출력 장치의 종류에는 모니터, 스피커, 프린터, 헤드폰, 프로젝터 등이 있다.
    • 입출력 장치: 입출력 장치는 입력과 출력을 동시에 수행하는 장치이다. 입출력 장치의 종류에는 터치스크린, 키보드, 마우스, 헤드셋, 웹캠 등이 있다.

4-1. 터미널

  • 터미널이란 컴퓨터와 통신하기 위해 사용하는 장치이다.
  • 터미널은 다음과 같은 두 가지 유형으로 나뉜다.
    • 더미 터미널: 더미 터미널은 자체적인 처리 능력이 없고, 키보드와 모니터만 가지고 있는 터미널이다. 더미 터미널은 호스트 컴퓨터와 직렬 케이블이나 전화선 등으로 연결되어 있으며, 호스트 컴퓨터의 명령어와 데이터를 입력하고 출력한다. 더미 터미널의 예로는 VT100, VT220 등이 있다.
    • 지능형 터미널: 지능형 터미널은 자체적인 처리 능력이 있고, 키보드와 모니터 외에도 CPU, 메모리, 디스크 드라이브 등을 가지고 있는 터미널이다. 지능형 터미널은 호스트 컴퓨터와 네트워크를 통해 연결되어 있으며, 호스트 컴퓨터의 명령어와 데이터를 입력하고 출력할 뿐만 아니라, 자신의 프로그램과 데이터를 처리할 수 있다. 지능형 터미널의 예로는 X 터미널, 웹 터미널 등이 있다.

4-2. 그래픽 터미널

  • 그래픽 터미널이란 컴퓨터와 통신하기 위해 사용하는 장치로, 텍스트뿐만 아니라 그래픽도 표현할 수 있는 터미널이다.
  • 그래픽 터미널은 다음과 같은 두 가지 유형으로 나뉜다.
    • 벡터 그래픽 터미널: 벡터 그래픽 터미널은 그래픽을 점과 선으로 구성하여 표현하는 터미널이다. 벡터 그래픽 터미널은 그래픽의 크기와 위치를 좌표로 지정하고, 호스트 컴퓨터로부터 그래픽 명령어를 받아서 화면에 그린다. 벡터 그래픽 터미널은 그래픽의 해상도가 높고, 메모리의 사용량이 적다. 벡터 그래픽 터미널의 예로는 Tektronix 4010, 4014 등이 있다.
    • 래스터 그래픽 터미널: 래스터 그래픽 터미널은 그래픽을 픽셀로 구성하여 표현하는 터미널이다. 래스터 그래픽 터미널은 그래픽의 색상과 밝기를 비트맵으로 저장하고, 호스트 컴퓨터로부터 그래픽 데이터를 받아서 화면에 표시한다. 래스터 그래픽 터미널은 그래픽의 색상과 복잡도가 높고, 메모리의 사용량이 많다. 래스터 그래픽 터미널의 예로는 X 터미널, 웹 터미널 등이 있다.

4-3. 벡터 그래픽

  • 벡터 그래픽이란 그래픽을 점과 선으로 구성하여 표현하는 방식이다.
  • 벡터 그래픽은 좌표, 방향, 길이, 색상 등의 속성을 가진 기하학적 객체로 이루어져 있다.
  • 벡터 그래픽은 확대하거나 축소해도 그래픽의 품질이 변하지 않는다는 장점이 있다.
  • 벡터 그래픽은 그래픽의 크기가 작고, 수정이 쉽다는 장점이 있다.
  • 벡터 그래픽은 CAD, 로고, 아이콘, 폰트, 애니메이션 등에 주로 사용된다.

4-4. 래스터 그래픽

  • 래스터 그래픽이란 그래픽을 픽셀로 구성하여 표현하는 방식이다.
  • 래스터 그래픽은 색상과 밝기를 가진 작은 점들로 이루어져 있다.
  • 래스터 그래픽은 확대하거나 축소하면 그래픽의 품질이 저하된다는 단점이 있다.
  • 래스터 그래픽은 그래픽의 크기가 크고, 수정이 어렵다는 단점이 있다.
  • 래스터 그래픽은 사진, 비디오, 게임, 웹 페이지 등에 주로 사용된다.

4-5. 키보드와 마우스

  • 키보드와 마우스는 컴퓨터의 가장 기본적인 입력 장치이다.
  • 키보드는 버튼이나 키를 눌러서 문자나 명령을 입력하는 장치이다.
  • 키보드는 기계식 키보드와 멤브레인 키보드로 구분할 수 있다.
  • 마우스는 손가락이나 손바닥으로 조작하여 커서나 아이콘을 움직이거나 선택하는 장치이다.
  • 마우스는 광학 마우스와 레이저 마우스로 구분할 수 있다.

출처

(1) 컴퓨터 네트워킹이란 무엇인가요? - 컴퓨터 네트워킹 설명 - AWS.
(2) 컴퓨터 기본 구조 - 소프트웨어, 하드웨어, CPU, 입출력장치, 기억 ….
(3) OS - 입출력 관리 - 벨로그.
(4) 컴퓨터 네트워크 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전.
(5) [디지털사진 이론] - 픽셀(Pixel)과 해상도(Resolution) : 네이버 블로그.
(6) 찰칵! 빛을 디지털 이미지로 만드는 ‘CMOS 이미지센서(CIS ….

참고

웹 브라우저

2 분 소요

추상적인 컴퓨터를 이해하기 위한 가상 머신