💡해당 게시글은 방송통신대학교 이관용, 정광식 교수님의 '컴퓨터과학 개론' 강의를 개인 공부 목적으로 메모하였습니다.

학습 목표

컴퓨터의 정의와 특징을 이해하고 설명 가능
다양한 관점에서의 컴퓨터과학의 정의를 이해하고 설명 가능
하나의 완전한 컴퓨터 시스템의 구성 요소를 이해하고 설명 가능

컴퓨터

프로그램이 가능한 데이터 처리기(programmable data processor)
- 다양한 형태 작업 수행 가능

프로그램

컴퓨터가 데이터를 어떻게 처리할지 알려주는 일련의 명령어 집합
처리 가능한 작업의 유형과 연산의 집합 결정함
프로그래밍 과정 결과물
1. 주어진 문제의 해결 방법과 처리 과정 절차를 찾음 → 알고리즘
2. 알고리즘을 적절한 프로그래밍 언어 사용해 컴퓨터가 이해 가능한 형태로 표현

컴퓨터의 장점

신속한 처리
처리 결과의 정확성
자동 처리
대용량 데이터 저장 및 처리

컴퓨터 과학

데이터의 표현, 저장, 조작, 검색과 관련된 분야
컴퓨터, 데이터, 프로그램 알고리즘에 대한 분야
알고리즘과 관련된 이슈를 다루는 학문
- 알고리즘의 한계
- 알고리즘의 실행
- 알고리즘의 분석
- 알고리즘의 개발
- 알고리즘의 통신
- 알고리즘의 표현

컴퓨터 과학의 특성

현재의 기술에 덜 의존적인 방식으로 주어진 문제에 대한 해결책의 효율성과 실현 가능성에 중점 → 컴퓨터를 활용한 문제 해결에 대한 학문

컴퓨터 시스템

컴퓨터 시스템의 구성 요소

시스템
- 특정한 목적을 달성하기 위해 여러가지 구성 요소들이 상호 작용하고 유기적으로 이루어진 것
구성 요소
- 데이터, 하드웨어, 소프트웨어, 사용자

하드웨어

기계를 구성하고 있는 모든 물리적인 기계/전자 장치
- 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit)
  - 제어장치(CU: Control Unit)
    - 컴퓨터의 기억장치, ALU, 입출력장치의 동작을 제어하는 장치
  - 산술논리연산장치(ALU: Arithmetic and Logic Unit)
    - 산술 연산과 논리 연산의 수행을 통해 직접적인 데이터 처리가 이루어지는 장치
- 기억장치 → 주기억 장치, 보조기억장치
  - 처리할 입력 데이터, 처리를 담당하는 프로그램, 중간 결과, 출력할 데이터
- 입력장치
  - 키보드, 마우스, 마이크 등
- 출력장치
  - 모니터, 프린터, 스피커 등
핵심 장치
- 폰 노이만 모델
  - 컴퓨터의 내부 구조와 처리 과정을 정의한 모델
  - 모든 컴퓨터는 폰 노이만 모델에 기반을 둠
  - 주요 개념
    - 내장 프로그램(stored program)
      - 실행될 프로그램은 메모리에 저장되어야 한다.
        프로그램과 데이터가 동일한 형식(비트 패턴)으로 메모리에 표현
    - 프로그램은 유한 개의 명령어의 나열이다.
      - 미리 정의된 기본 명령어의 유한 개의 조합으로 구성된다.
      - 메모리에서 한 번에 하나씩 명령어를 가져와서 해석하고, 실행한다.
      - 명령어의 재사용 → 프로그래밍 작업이 간단해짐

소프트웨어

모든 종류의 프로그램을 총체적으로 표현하는 용어
- 컴퓨터가 데이터를 어떻게 처리할 것인가를 규정하는 명령어들의 나열
- 컴퓨터가 이해할 수 있도록 표현된 알고리즘
소프트웨어 분류
- 시스템 소프트웨어
  - 컴퓨터 자체의 작업 관리와 특정 기능의 수행을 통해 컴퓨터의 전체적인 운영을 담당
    - 운영체제, 컴파일러, …
- 응용 소프트웨어
  - 사용자가 요구하는 작업을 직접적으로 수행하는 프로그램
    - 워드프로세서, 그래픽 프로그램, 데이터베이스 프로그램

데이터

모든 데이터는 유형에 관계 없이 비트 패턴으로 표현
데이터의 입출력을 위해서는 적절한 형태로의 변환 필요

사용자

사용자, 오퍼레이터
- 전반적인 데이터 처리 과(컴퓨터 설계, 효율적 이용 등)에서 사람의 적극적 개입 필요

학습 정리

컴퓨터
- 프로그램이 가능한 데이터 처리기
- 프로그램
  - 컴퓨터가 데이터를 어떻게 처리(조작)할지를 알려주는 일련의 명령어의 집합
  - 컴퓨터에서 처리 가능한 작업의 유형과 연산의 집합 결정
- 컴퓨터 장점(특징)
  - 신속, 정확, 자동, 대용량
컴퓨터과학
- 데이터의 획득, 표현, 처리, 저장, 통신, 접근을 위한 방법들의 실행 가능성, 구조화, 표현, 기계화에 관련된 내용을 다루는 학문 분야
- 컴퓨터, 데이터, 프로그램, 알고리즘 분야의 연구를 통해 효율적인 자료 처리를 위한 제반 기술과 방법들을 제공하기 위한 학문
- 알고리즘과 관련된 이슈를 다루는 학문
- 컴퓨터를 활용한 문제 해결에 대한 학문
- 컴퓨터공학 vs 컴퓨터과학
  - 컴퓨터공학 → 가격 대비 성능 특성이 가장 좋은 컴퓨터 엔진을 만들기 위해 하드웨어와 소프트웨어 요소를 조립하는 방법에 중점을 둠
  - 컴퓨터과학 → 현재의 기술에 덜 의존적인 방식으로 주어진 문제에 대한 해결책이 효율적이고 실현 가능하도록 하는데 초점을 맞춤
컴퓨터 시스템
- 하나의 완전한 컴퓨터 시스템을 구성하는 4가지 요소
  - 하드웨어, 소프트웨어, 데이터, 사용자
- 하드웨어
  - 기계를 구성하고 있는 모든 물리적 기계장치 및 전자장치
  - 핵심장치: 중앙처리장치(산술논리연산장치, 제어장치), 기억장치(주기억장치, 보조기억장치),입력장치, 출력장치
- 소프트웨어
  - 모든 프로그램을 총체적으로 표현하는 것
  - 시스템 소프트웨어, 응용 소프트웨어
- 데이터
  - 컴퓨터가 처리하는 대상이며 컴퓨터 내부에서 비트 패턴으로 변환되어 처리되고 사람이 알아볼 수 있도록 적절한 변환 과정 다시 거쳐 출력됨
- 사용자
  - 컴퓨터가 데이터를 처리하는 전반적인 과정에 다양하고 적극적인 형태로 사람의 개입이 필요
- 폰 노이만 모델
  - 컴퓨터의 내부 구조와 처리 과정을 정의한 모델 → 모든 컴퓨터는 폰 노이만 모델에 기반을 둠
  - 4개의 서브시스템(산술논리연산장치, 제어장치, 기억장치, 입출력 장치)으로 구성
  - 내장 프로그램 방식
    - 데이터와 함께 실행될 프로그램은 메모리에 저장되어야 함
    - 데이터와 프로그램이 같은 메모리에 저장된다는 것은 같은 형식(비트 패턴)으로 저장된다는 의미
  - 프로그램은 명령어의 나열
    - 기본 명령어들을 미리 정의하고, 이들의 유한개의 조합으로 원하는 프로그램이 구성됨
    - 명령어들의 재사용성으로 인해 프로그래밍 작업 간단해짐

연습문제

Q1.

컴퓨터를 데이터 처리기라는 관점으로 정의하려고 한다. 이때 처리 가능한 작업의 유형과 연산의 집합을 결정하는 것은 무엇인가?

A1. 프로그램

컴퓨터 → 프로그램이 가능한 데이터 처리기(programmable data processor)
데이터 처리기의 기본 기능 : 데이터의 입력(input) → 처리(process) → 결과 출력(output)
프로그램은 컴퓨터에서 처리 가능한 작업의 유형과 연산의 집합을 결정하며, 이를 통해 컴퓨터는 다양한 형태의 작업을 처리할 수 있는 범용의 기계가 된다.

Q2.

컴퓨터과학은 데이터 처리 관점에 필요한 다음과 같은 4가지 요소를 통해서 정의할 수 있다. 빈칸에 들어갈 내용으로 적절하지 못한 것은?
1 컴퓨터과학은 (정보), (데이터), (프로그램), (알고리즘) 분야의 연구를 통해 효율적인 자료 처리를 위한 제반 기술과 방법을 제공한다.

A2. 정보

컴퓨터 과학
- 데이터의 획득, 표현, 처리, 저장, 통신, 접근을 위한 방법들의 실행 가능성, 구조화, 표현, 기계화에 관련된 내용을 
다루는 학문 분야
- 컴퓨터, 데이터, 프로그램, 알고리즘 분야의 연구를 통해 효율적인 자료 처리를 위한 제반 기술과 방법들을 제공하기 위한 학문
- 알고리즘과 관련된 이슈를 다루는 학문
- 컴퓨터를 활용한 문제 해결에 대한 학문

Q3.

사용자, 인터넷, 소프트웨어, 데이터 중 하나의 완전한 컴퓨터 시스템을 구성하는 4가지 요소로서 거리가 먼 것은?

A3. 인터넷

완전한 컴퓨터 시스템을 구성하는 4가지 요소 : 하드웨어, 소프트웨어, 데이터, 사용자

Q4.

폰 노이만 모델과 관련된 설명 중 올바르지 못한 것은?

컴퓨터의 내부 구조와 처리 과정을 정의한 모델이다.
내장 프로그램(stored-program) 방식을 제안하고 있다.
데이터와 함께 실행될 프로그램도 메모리에 저장되어야 한다.
데이터는 비트 패턴으로 저장되어야 함을 정의하고 있다.  

A4. 4. 데이터는 비트 패턴으로 저장되어야 함을 정의하고 있다.

폰 노이만 모델
- 컴퓨터의 내부 구조와 처리 과정을 정의한 모델
- 4개의 서브시스템(기억장치, 산술논리연산장치, 제어장치, 입출력 장치)으로 구성
- 주요 개념
  - 내장 프로그램 
    - 데이터와 함께 실행될 프로그램은 메모리에 저장되어야 함
    - 데이터와 프로그램이 같은 메모리에 저장된다는 것은 같은 형식(비트 패턴)으로 저장된다는 의미
    - 하지만 실제로 데이터가 컴퓨터에 어떻게 저장되어야 하는 지에 대해서는 정의하고 있지 않음
  - 프로그램은 명령어의 나열이다. 
    - 기본 명령어들을 미리 정의하고, 이들의 유한개의 조합으로 원하는 프로그램 작성 가능
    - 명령어들의 재사용성으로 인해 프로그래밍 작업이 간단해질 수 있음

[컴퓨터과학 개론] 1강 - 컴퓨터와 자료

학습 목표

컴퓨터

컴퓨터

프로그램

컴퓨터의 장점

컴퓨터 과학

컴퓨터 과학

컴퓨터 과학의 특성

컴퓨터 시스템

컴퓨터 시스템의 구성 요소

하드웨어

소프트웨어

데이터

사용자

학습 정리

연습문제

Q1.

Q2.

Q3.

Q4.

Further Reading

[컴퓨터과학 개론] 2강 - 컴퓨터와 데이터

[멀티미디어 시스템] 1강 - 멀티미디어 개요

[Java 프로그래밍] 1강 - JAVA와 객체지향 프로그래밍