컴퓨터 하드웨어

Computer hardware
PDP-11 CPU 보드

컴퓨터 하드웨어케이스, 중앙 처리 장치(CPU), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 모니터, 마우스, 키보드, 컴퓨터 데이터 저장, 그래픽 카드, 사운드 카드, 스피커마더보드와 같은 컴퓨터의 물리적 부품을 포함합니다.[1][2]

반면 소프트웨어는 하드웨어에 의해 저장되고 실행될 수 있는 명령어 집합입니다.하드웨어는 변화에 대해 "어렵거나" 경직적이기 때문에 소위 말하는 반면, 소프트웨어는 변화가 쉽기 때문에 "소프트"합니다.

하드웨어는 일반적으로 소프트웨어가 명령이나 명령을 실행하도록 지시합니다.하드웨어와 소프트웨어의 조합은 사용 가능한 컴퓨팅 시스템을 형성하지만, 다른 시스템은 하드웨어로만 존재합니다.

폰 노이만 건축

폰 노이만 건축 계획

모든 현대 컴퓨터의 템플릿은 폰 노이만 구조이며, 헝가리의 수학자 존 폰 노이만에 의해 1945년 논문에 자세히 설명되어 있습니다.연산 로직 유닛프로세서 레지스터, 명령어 레지스터프로그램 카운터를 포함하는 제어 유닛, 데이터 및 명령어를 모두 저장하는 메모리, 외부 대용량 저장 및 입력출력 메커니즘을 포함하는 처리 유닛의 세부 구성을 포함하는 전자 디지털 컴퓨터를 위한 설계 아키텍처.[3]이 용어의 의미는 공통 버스를 공유하기 때문에 명령 페치와 데이터 연산이 동시에 발생할 수 없는 저장 프로그램 컴퓨터를 의미하는 것으로 발전했습니다.이를 폰 노이만 병목 현상이라고 하며 종종 시스템의 성능을 제한합니다.[4]

컴퓨터 시스템의 종류

퍼스널 컴퓨터

모니터, 마더보드, CPU, RAM, 두 개의 확장 카드, 전원 공급 장치, 광학 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 키보드마우스를 포함한 개인용 컴퓨터의 기본 하드웨어 구성 요소
맞춤형 컴퓨터 내부: 하단의 전원 공급 장치에 자체 냉각 팬이 있습니다.

개인용 컴퓨터는 범용성과 상대적으로 저렴한 가격으로 인해 가장 일반적인 컴퓨터 유형 중 하나입니다.데스크톱 PC에는 모니터, 키보드, 마우스 및 컴퓨터 케이스가 있습니다.컴퓨터 케이스에는 마더보드, 데이터 저장을 위한 고정 또는 이동식 디스크 드라이브, 전원 공급 장치가 들어 있으며 모뎀이나 네트워크 인터페이스와 같은 다른 주변 장치가 들어 있을 수 있습니다.데스크톱 컴퓨터의 일부 모델은 모니터와 키보드를 프로세서와 전원 공급 장치와 같은 케이스로 통합했습니다.요소를 분리하면 사용자는 전원 케이블과 데이터 케이블을 관리하는 비용으로 쾌적하고 편안한 배열로 구성할 수 있습니다.

노트북은 휴대성을 위해 설계되었지만 데스크톱 PC와 유사하게 작동합니다.[5]이들은 비슷한 가격의 데스크톱 컴퓨터보다 성능이 낮은 저전력 또는 축소된 크기의 구성요소를 사용할 수 있습니다.[6]노트북에는 키보드, 디스플레이, 프로세서가 한 케이스에 들어있습니다.케이스의 폴딩 상부 커버에 있는 모니터는 이동을 위해 닫을 수 있으며 화면과 키보드를 보호할 수 있습니다.마우스 대신 노트북에 터치패드포인팅 스틱이 있을 수 있습니다.

태블릿터치스크린을 주요 입력 장치로 사용하는 휴대용 컴퓨터입니다.태블릿은 일반적으로 노트북보다 무게가 덜 나가고 작습니다.

일부 태블릿에는 접이식 키보드가 포함되어 있거나 별도의 외부 키보드에 연결할 수 있습니다.일부 노트북 컴퓨터 모델에는 분리 가능한 키보드가 있어 시스템을 터치 스크린 태블릿으로 구성할 수 있습니다.때로는 "2-in-1 분리형 노트북" 또는 "태블릿-노트북 하이브리드"라고 불립니다.[7]

사례.

컴퓨터 케이스는 시스템의 대부분의 구성 요소를 둘러쌉니다.마더보드, 디스크 드라이브 및 전원 공급 장치와 같은 내부 구성 요소에 대한 기계적 지원 및 보호 기능을 제공하며 내부 구성 요소에 대한 냉각 공기의 흐름을 제어 및 지시합니다.이 케이스는 또한 컴퓨터에서 방사되는 전자기 간섭을 제어하기 위한 시스템의 일부이며 내부 부품을 정전기 방전으로부터 보호합니다.타워형 대형 케이스는 여러 개의 디스크 드라이브나 기타 주변 장치를 넣을 수 있는 공간을 제공하며 보통 바닥에 서 있는 반면 데스크톱 케이스는 확장 공간이 적습니다.일체형 스타일 디자인에는 동일한 케이스에 내장된 비디오 디스플레이가 포함됩니다.휴대용 및 노트북 컴퓨터에는 장치에 대한 충격 보호 기능을 제공하는 케이스가 필요합니다.취미 생활을 하는 사람들은 케이스 모딩이라고 불리는 활동에서 색이 있는 조명, 페인트 또는 다른 특징들로 케이스를 장식할 수 있습니다.

전원공급장치

전원 공급 장치(PSU)는 컴퓨터를 위해 교류(AC) 전력을 저전압 직류(DC) 전력으로 변환합니다.노트북은 내장된 충전식 배터리로 작동할 수 있습니다.[8]PSU는 일반적으로 SMPS의 컨버터 및 레귤레이터 회로에 전원 MOSFET(파워 메탈-옥사이드-반도체 전계 효과 트랜지스터)이 사용되는 SMPS(Switched Mode Power Supply)를 사용합니다.[9]

마더보드

컴퓨터 마더보드

마더보드는 컴퓨터의 주요 부품입니다. 보드는 CPU, RAM, 디스크 드라이브(CD, DVD, 하드 디스크 또는 기타) 등 컴퓨터의 다른 부분과 포트 또는 확장 슬롯을 통해 연결된 모든 주변 장치를 연결하는 통합 회로가 있는 보드입니다.컴퓨터의 집적 회로(IC) 칩은 일반적으로 수십억 개의 작은 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함합니다.[10]

마더보드의 일부에 직접 부착되는 구성요소는 다음과 같습니다.

  • 컴퓨터의 두뇌라고 불리는 CPU(중앙처리장치)는 컴퓨터가 기능할 수 있도록 대부분의 계산을 수행합니다.RAM(random-access memory)에서 프로그램 명령을 받아 해석 및 처리한 다음 결과를 다시 보내 관련 구성 요소가 명령을 수행할 수 있도록 합니다.CPU는 MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 집적 회로(IC) 칩을 기반으로 제작마이크로프로세서입니다.일반적으로 히트싱크와 팬 또는 수냉 시스템에 의해 냉각됩니다.최신 CPU에는 GPU(On-Die Graphics Processing Unit)가 포함되어 있습니다.CPU의 클럭 속도는 명령을 실행하는 속도와 GHz 단위로 측정됩니다. 일반적인 값은 1GHz에서 5GHz 사이입니다.많은 최신 컴퓨터들은 CPU를 오버클럭할 수 있는 옵션을 갖추고 있어 열 출력이 높아지기 때문에 냉각 성능을 향상시킬 필요가 있습니다.
  • North Bridge를 포함하는 칩셋은 CPU와 메인 메모리를 포함한 시스템의 다른 구성 요소들 간의 통신을 중개하며, North Bridge와 연결되어 보조 인터페이스와 버스를 지원하며, 마지막으로 South Bridge를 통해 연결되어 Super I/O 칩을 통해 Slowe를 지원하는 Super I/O 칩직렬 포트, 하드웨어 모니터링 및 팬 제어와 같은 대부분의 레거시 구성 요소를 사용할 수 있습니다.
  • 랜덤 액세스 메모리(Random-access memory, RAM): CPU가 능동적으로 액세스하는 코드 및 데이터를 저장합니다.예를 들어, 컴퓨터에서 웹 브라우저를 열면 메모리가 사용되며, 이는 웹 브라우저가 닫힐 때까지 RAM에 저장됩니다.일반적으로, 동기 DRAM(synchronous DRAM)과 같이, MOS 메모리 칩이 MOSFET 및 MOS 커패시터로 구성된 메모리 셀에 대한 데이터를 저장하는 동적 RAM(DRAM)의 일종입니다.RAM은 일반적으로 2GB, 4GB 및 8GB 크기의 DIMM(듀얼 인라인 메모리 모듈)에 제공되지만 훨씬 더 클 수 있습니다.
  • ROM(읽기 전용 메모리)은 시스템의 전원이 켜지거나 실행을 시작할 때 실행되는 BIOS, 부트스트래핑(Bootstrapping) 또는 "부팅" 또는 "부팅"이라고 하는 프로세스를 저장합니다.ROM은 일반적으로 플로팅 게이트 MOSFET 메모리 셀에 대한 데이터를 저장하는 비휘발성 BIOS 메모리 칩입니다.
  • CPU를 다양한 내부 컴포넌트에 연결하고 그래픽과 사운드를 위한 카드를 확장하는 버스.
  • CMOS(Complementary MOS) 배터리로, BIOS 칩의 날짜 및 시간에 맞춰 CMOS 메모리에 전원을 공급합니다.이 건전지는 일반적으로 시계 건전지입니다.
  • 컴퓨터 그래픽을 처리하는 비디오 카드(그래픽 카드라고도 함).더 강력한 그래픽 카드는 집중적인 비디오 게임을 하거나 컴퓨터 그래픽 소프트웨어를 실행하는 것과 같은 힘든 작업을 처리하는 데 더 적합합니다.비디오 카드는 그래픽 처리 장치(GPU)와 비디오 메모리(일반적으로 SDRAM의 한 종류)를 포함하며, 둘 다 MOS IC(MOS Integrated Circuit) 칩에서 제작됩니다.
  • VRM(Voltage Regulator Module)은 파워 모스펫(Power MOSFET)으로 구성되며, 다른 하드웨어 구성 요소의 전압 수신량을 조절합니다.[9]

확장카드

컴퓨팅에서 확장 카드(expansion card)는 컴퓨터 마더보드나 백플레인의 확장 슬롯에 삽입하여 확장 버스를 통해 컴퓨터 시스템에 기능을 추가할 수 있는 인쇄 회로 기판입니다.확장 카드는 마더보드에서 제공하지 않는 기능을 얻거나 확장하는 데 사용할 수 있습니다.

저장장치

저장 장치는 데이터 파일 및 개체를 저장, 포팅 및 추출하는 데 사용되는 컴퓨팅 하드웨어 및 디지털 미디어입니다.일시적으로 그리고 영구적으로 정보를 보유하고 저장할 수 있으며 컴퓨터, 서버 또는 유사한 컴퓨팅 장치의 내부 또는 외부에 있을 수 있습니다.데이터 저장은 컴퓨터의 핵심 기능이자 기본적인 구성 요소입니다.전용 저장 장치에는 RAID테이프 라이브러리가 포함됩니다.

고정매체

데이터는 다양한 매체를 사용하여 컴퓨터에 의해 저장됩니다.하드 디스크 드라이브(HDD)는 대용량과 저렴한 비용으로 인해 거의 모든 구형 컴퓨터에서 볼 수 있지만 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)는 현재 하드 드라이브보다 기가바이트당 비용이 비싸기 때문에 2007년 이후에 제작된 개인용 컴퓨터에서 종종 볼 수 있습니다.[11][12]SSD는 플로팅 게이트 MOSFET 메모리 셀로 구성된 MOS 메모리 칩의 데이터를 저장하는 플래시 메모리를 사용합니다.일부 시스템에서는 성능이나 신뢰성 향상을 위해 디스크 어레이 컨트롤러를 사용할 수도 있습니다.

이동식 미디어

컴퓨터 간에 데이터를 전송하기 위해 외부 플래시 메모리 장치(예: 메모리 카드 또는 USB 플래시 드라이브) 또는 광 디스크(예: CD-ROM, DVD-ROM 또는 BD-ROM)를 사용할 수 있습니다.대부분의 컴퓨터에는 ODD(광학식 디스크 드라이브)가 있으며, 거의 모두 USB(Universal Serial Bus) 포트가 하나 이상 있습니다.또한 USB 스틱은 일반적으로 운영 체제 전반에서 널리 지원되는 FAT32 파일 시스템으로 사전 포맷됩니다.

입출력 주변기기

입력출력 장치는 일반적으로 메인 컴퓨터 섀시의 외부에 보관됩니다.다음은 표준이거나 많은 컴퓨터 시스템에 매우 일반적인 것입니다.

입력장치

입력 장치를 통해 사용자는 시스템에 정보를 입력하거나 시스템의 작동을 제어할 수 있습니다.대부분의 개인용 컴퓨터에는 마우스키보드가 있지만 랩톱 시스템에서는 일반적으로 마우스 대신 터치패드를 사용합니다.다른 입력 장치로는 웹캠, 마이크, 조이스틱, 이미지 스캐너 등이 있습니다.

출력장치

출력 장치는 인간의 감각을 중심으로 설계됩니다.예를 들어, 모니터는 읽을 수 있는 텍스트를 표시하고, 스피커는 들을 수 있는 소리를 생성합니다.[13]이러한 장치는 또한 프린터 또는 점자 엠보서더를 포함할 수 있습니다.

메인프레임 컴퓨터

메인프레임 컴퓨터는 일반적으로 방을 가득 채우는 훨씬 더 큰 컴퓨터이며, 개인용 컴퓨터보다 수백에서 수천 배의 비용이 들 수 있습니다.그들은 정부와 대기업을 위해 많은 수의 계산을 수행하도록 설계되었습니다.

IBM System z9 메인프레임

디파트먼트

1960년대와 1970년대에 점점 더 많은 부서들이 공정 제어실험실 자동화와 같은 특정 목적을 위해 값싸고 전용 시스템을 사용하기 시작했습니다.미니 컴퓨터(mini computer)는 1960년대[14][15] 중반에 개발되어 IBM과 그 직접적인 경쟁사의 메인프레임[16] 및 중형 컴퓨터보다 훨씬 적은 가격으로 판매된 소형 컴퓨터의 한 종류입니다.

슈퍼컴퓨터

슈퍼컴퓨터는 표면적으로는 메인프레임과 비슷하지만, 그 대신 매우 까다로운 계산 작업을 위해 고안되었습니다.2021년 11월 기준으로, TOP 500 슈퍼컴퓨터 목록에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터는 일본의 후가쿠이며, LINPACK 벤치마크 점수는 415 PFLOPS로 미국의 두 번째로 빠른 서밋을 약 294 PFLOPS로 대체했습니다.

슈퍼컴퓨터라는 용어는 특정한 기술을 가리키는 것이 아닙니다.오히려 그것은 주어진 시간에 사용할 수 있는 가장 빠른 계산을 나타냅니다.2011년 중반, 가장 빠른 슈퍼컴퓨터는 1페타플롭 또는 초당 1,000조 (10^15 또는 1,000조) 부동 소수점 연산을 초과하는 속도를 자랑했습니다.슈퍼컴퓨터는 빠르지만 비용이 많이 들기 때문에 일반적으로 대형 조직에서 대용량 데이터 세트를 포함하는 계산이 까다로운 작업을 실행하는 데 사용됩니다.슈퍼컴퓨터는 일반적으로 군사용 및 과학용 응용프로그램을 실행합니다.비용이 많이 들기는 하지만, 막대한 양의 데이터를 분석해야 하는 상업용 애플리케이션에도 사용되고 있습니다.예를 들어, 대형 은행은 슈퍼컴퓨터를 사용하여 다양한 투자 전략의 위험과 수익을 계산하고 의료 기관은 이를 사용하여 환자 데이터의 거대 데이터베이스를 분석하여 국가에 발생하는 다양한 질병과 문제에 대한 최적의 치료법을 결정합니다.

하드웨어 업그레이드

업그레이드는 컴퓨터 하드웨어를 사용할 때 성능을 향상시키거나 용량을 늘리거나 새로운 기능을 추가하는 새로운 하드웨어 또는 추가 하드웨어를 컴퓨터에 추가하는 것을 의미합니다.예를 들어, 사용자는 하드웨어 업그레이드를 수행하여 하드 드라이브를 더 빠른 드라이브로 교체하거나 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)로 교체하여 성능을 향상시킬 수 있습니다.컴퓨터가 추가 임시 데이터를 저장하거나 더 빠른 속도로 데이터를 검색할 수 있도록 RAM(Random Access Memory)을 더 많이 설치할 수도 있습니다.사용자는 USB 3.0 장치를 완전히 사용하기 위해 USB 3.0 확장 카드를 추가하거나, 그래픽 처리 장치(GPU)를 업그레이드하여 더 깨끗하고 고급화된 그래픽 또는 더 많은 모니터를 사용할 수 있습니다.오래된 컴퓨터가 새 프로그램이나 업데이트된 프로그램의 시스템 요구 사항을 충족하려면 이러한 하드웨어 업그레이드를 수행해야 할 수도 있습니다.

대규모 조직에서 하드웨어 업그레이드는 네트워크의 원활한 운영을 담당하는 관리자에 의해 처리됩니다.새로운 수요용량에 따라 서버, 라우터, 스토리지 장치와 같은 네트워크 장치를 대체합니다.

판매의

2023년 컴퓨터 하드웨어로 인한 전 세계 매출은 7051억 7천만 달러에 달했습니다.

재활용

컴퓨터 부품에는 유해 물질이 포함되어 있기 때문에 낡고 오래된 부품을 재활용하려는 움직임이 증가하고 있습니다.[18]컴퓨터 하드웨어는 납, 수은, 니켈, 카드뮴과 같은 위험한 화학물질을 포함하고 있습니다.EPA에 따르면 이러한 전자 폐기물은 적절히 처리되지 않으면 환경에 해로운 영향을 미칩니다.하드웨어를 만드는 것은 에너지를 필요로 하며 부품을 재활용하는 것은 온실가스 배출뿐만 아니라 대기오염, 수질오염을 줄일 것입니다.[19]허가받지 않은 컴퓨터 장비를 폐기하는 것은 사실상 불법입니다.법은 정부가 승인한 시설을 통해 컴퓨터를 재활용하는 것을 의무화하고 있습니다.컴퓨터를 재활용하는 것은 어떤 재사용 가능한 부품들을 꺼냄으로써 더 쉬워질 수 있습니다.예를 들어 RAM, DVD 드라이브, 그래픽 카드, 하드 드라이브 또는 SSD 및 기타 유사한 이동식 부품을 재사용할 수 있습니다.

컴퓨터 하드웨어에 사용되는 많은 재료들은 재활용을 통해 회수되어 향후 생산에 사용될 수 있습니다.컴퓨터나 기타 전자 기기에 대량으로 존재하는 주석, 실리콘, , 알루미늄 및 다양한 플라스틱을 재사용하면 새로운 시스템을 구축하는 비용을 절감할 수 있습니다.부품에는 구리, , 탄탈륨,[20][21] , 백금, 팔라듐과 매립에 적합한 기타 귀중한 재료가 포함되어 있는 경우가 많습니다.[22][23]

유독성 컴퓨터 부품

중앙 처리 장치에는 많은 독성 물질이 포함되어 있습니다.금속판에 납과 크롬이 들어있습니다.저항기, 반도체, 적외선 감지기, 안정기, 케이블 및 와이어에는 카드뮴이 포함되어 있습니다.컴퓨터의 회로 기판은 수은과 크롬을 포함합니다.[24]이러한 종류의 물질과 화학물질이 부적절하게 폐기되면 환경에 위험을 초래하게 됩니다.

환경영향

미국 환경 보호국에 따르면 실제로 재활용되는 전자 폐기물은 약 15%에 불과합니다.전자폐기물 부산물이 지하수에 침출되거나, 연소되거나, 재활용 과정에서 잘못 취급될 경우 해를 끼칩니다.이러한 독소들과 관련된 건강 문제들은 정신 발달의 장애, 암, 그리고 폐, 간, 그리고 신장의 손상을 포함합니다.[25]그래서 전선까지도 재활용해야 하는 것입니다.회사마다 전선을 재활용하는 기술이 다릅니다.가장 인기 있는 것은 플라스틱/고무 케이스에서 구리 와이어를 분리하는 그라인더입니다.공정이 완료되면 구리 가루가 들어 있는 더미와 플라스틱/고무 조각이 들어 있는 두 개의 다른 더미가 남아 있습니다.[26]컴퓨터 모니터, 마우스, 키보드 모두 재활용되는 방법이 비슷합니다.예를 들어, 먼저 각 부품을 분해한 다음 내부 부품을 모두 분리하여 자신의 빈에 넣습니다.[27]

컴퓨터 부품에는 다이옥신, 폴리염화 바이페닐(PCB), 카드뮴, 크롬, 방사성 동위원소, 수은과 같은 많은 독성 물질이 포함되어 있습니다.회로 기판에는 지하수에 침출되거나 소각으로 인해 대기 오염이 발생할 가능성이 높은 납-주석 솔더가 상당량 포함되어 있습니다.미국 매립지의 경우 납 함유량 수준의 약 40%가 전자 폐기물에서 나옵니다.[28]이러한 귀중한 물질을 회수하는 데 필요한 처리(예: 소각 및 산성 처리)는 독성 부산물을 방출, 생성 또는 합성할 수 있습니다.

컴퓨터 하드웨어의 재활용은 중금속과 발암물질을 포함한 유해 폐기물이 대기, 매립지 또는 수로로 유입되는 것을 방지하기 때문에 환경 친화적인 것으로 여겨집니다.전자제품은 전체 폐기물의 극히 일부를 차지하지만 훨씬 더 위험합니다.가전 제품의 지속 가능한 폐기를 시행하고 장려하기 위한 엄격한 법률이 있으며, 가장 주목할 만한 것은 유럽 연합의 폐기물 전기 및 전자 장비 지침과 미국 국가 컴퓨터 재활용법입니다.[29]

컴퓨터 하드웨어 낭비를 최소화하기 위한 노력

컴퓨터 하드웨어 안에 다양한 금속이 들어 있기 때문에 미국 환경 보호국(EPA)은 컴퓨터 하드웨어의 수집과 재활용을 권장합니다.컴퓨터 하드웨어를 재활용하는 '이사이클링(E-cycling)'은 중고 전자제품의 기증, 재사용, 파쇄 및 일반 수거를 말합니다.일반적으로 전자폐기물(e-waste)이라고도 하며, 사용되거나 폐기된 전자장비에 포함된 부품 또는 금속을 수거, 중개, 분해, 수리 및 재활용하는 과정을 말합니다."E-사이클링 가능" 품목에는 텔레비전, 컴퓨터, 전자레인지, 청소기, 전화기 및 휴대폰, 스테레오, VCR 및 DVD 등 코드가 있거나 빛이 나거나 배터리가 필요한 모든 품목이 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다.[30]

컴퓨터를 재활용하는 은 델과 애플 같은 몇몇 국가 서비스에 의해 더 쉬워집니다.두 회사 모두 자신들이 만든 컴퓨터나 다른 제품을 회수할 것입니다.그렇지 않으면 컴퓨터는 병원, 학교, 대학 등을 위해 낡은 컴퓨터를 재활용하고 재단장하는 단체인 Computer Aid International에 기부될 수 있습니다.[31]

참고 항목

참고문헌

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외부 링크