폰 노이만 구조와 프로그램 내장 방식

핵심 정리

프로그램 내장 방식은 프로그램과 자료를 기억장치에 저장해 두고, 명령을 순서대로 꺼내 해독하고 실행하는 방식이다. 이 방식의 핵심은 프로그램이 배선이 아니라 메모리 속 자료로 존재한다는 점이다. 폰 노이만은 프로그램을 기억장치에 저장하는 프로그램 내장 방식을 제안하였다. 폰 노이만 구조는 이 방식을 기초로 한 프로그램 내장식 컴퓨터이다.

초기 컴퓨터는 고정된 프로그램을 사용했다. 고정 프로그램 기계의 프로그램을 바꾸려면 기계를 재배선하거나 재설계해야 했다. 에니악은 프로그램을 기억하는 기능이 없어 스위치와 배선을 직접 설정해야 하였다.

프로그램 내장 방식을 채택한 컴퓨터로 EDSAC이 있다. 오늘날 대부분의 컴퓨터는 프로그램 내장 방식을 사용한다. 이 방식은 컴퓨터 구조의 기본 원리로 자리 잡았다.

폰 노이만 구조는 프로그램 데이터와 명령어 데이터를 같은 메모리에 저장하고, 하버드 아키텍처는 프로그램과 데이터를 저장하는 기억 장치를 따로 둔다. 코드와 데이터가 공통 캐시와 메모리를 함께 사용하면 폰 노이만 병목 현상이 생기며, 이는 소프트웨어 처리량의 근본적인 한계로 지적된다.

명령어도 메모리에 저장된 자료이므로, 프로그램이 명령어의 주소 부분을 고치는 자체 수정 코드도 허용된다. 인덱스 레지스터와 간접 주소 지정이 발달하면서 자체 수정 코드의 필요성은 줄었다.

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프로그램 내장 방식의 정의와 요건

프로그램 내장 방식인지 판단하려면 두 가지 요건을 살펴보아야 한다. 프로그램을 기억장치에 저장해 두어야 하고, 저장된 명령을 순서대로 꺼내 해독하고 실행해야 한다. 프로그램을 기억장치에 저장했더라도 명령을 순서대로 꺼내 실행하지 않으면 프로그램 내장 방식이라고 보기 어렵다. 고정 프로그램 방식과 비교하면 두 방식의 차이가 분명해진다.