전송 속도, 전송 용량, 전송 방식, 전송 손상, 전송 매체

전송 속도와 신호 속도

구분 설명 단위
비트율 (bit rate) 1초에 전송되는 비트의 수 bps (bits per second)
보오율 (baud rate) 1초에 신호가 변하는 횟수 (변조 속도) baud
  • 비트율 = 보오율 × 신호당 비트 수 (예: 8-QAM은 3비트씩 병렬 전송 → 비트율 = 보오율 × 3)
  • 베어러 속도: 동기신호, 상태신호 등까지 포함한 전체 속도

대역폭과 채널 용량

용어 정의 공식/단위
대역폭 (Bandwidth) 최고 주파수 - 최저 주파수 Hz
채널 용량 (Channel Capacity) 에러 없이 전송 가능한 최대 속도 샤논: C = W × log₂(1 + S/N)
나이퀴스트(잡음無): C = 2W × log₂M
  • 채널 용량은 대역폭이 넓고, 신호 대 잡음비(S/N)가 높을수록 커진다.
  • 신호와 잡음이 같으면(C=B) 채널 용량은 대역폭과 같다.

전송 방식의 종류

방식 설명 예시
단방향 (Simplex) 한쪽 방향으로만 전송 키보드→컴퓨터, 방송
반이중 (Half-duplex) 양방향 교대로 전송(동시 불가) 무전기, 도로 공사 신호
전이중 (Full-duplex) 양방향 동시 전송 전화, 컴퓨터 네트워크

직렬/병렬 전송, 동기/비동기 전송

  • 직렬 전송(Serial): 한 번에 한 비트씩 전송, 장거리 전송에 유리, USB 등
  • 병렬 전송(Parallel): 여러 비트를 동시에 전송, 근거리(컴퓨터 내부 버스)에서 사용
  • 동기식 전송(Synchronous): 송수신기가 클록을 맞추고, 프레임(블록) 단위로 전송. 플래그(특정 비트 패턴)로 경계 구분
  • 비동기식 전송(Asynchronous): 문자 단위로 시작/종료 비트로 경계 구분, 키보드 입력 등 저속 전송에 사용

동기식/비동기식 전송 비교

구분 동기식 전송 비동기식 전송
동기화 클록 신호로 프레임 전체 동기 시작/종료 비트로 문자 단위 동기
전송 단위 프레임(블록) 문자
오버헤드 프레임 시작/끝 플래그, 제어문자 문자마다 시작/종료 비트(최소 2비트)
효율 높음(대용량·고속) 낮음(저속)

전송 효율 계산 예시

  • 비동기 전송(8비트 데이터, 시작/종료 비트 각 1비트):
    전송 효율 = (8 / 10) × 100 = 80%

전송 손상(Transmission Impairment)

종류 설명 극복 방법
감쇠 (Attenuation) 신호 크기가 거리에 따라 약해지는 현상 아날로그: 증폭기
디지털: 중계기(재생)
왜곡 (Distortion) 신호의 모양이 바뀌는 현상
감쇠 왜곡, 지연 왜곡(주파수별 속도 차이)		 무왜곡 조건: LG=RC
잡음 (Noise)
  • 열잡음(Thermal): 백색 잡음, 제거 불가
  • 상호변조(Intermodulation): 주파수 합·차로 발생
  • 누화(Crosstalk): 인접 회선 신호 혼입
  • 충격(Impulse): 번개·스파크 등 순간적
 차폐, 필터 등

전송 매체(Media) 종류

구분 종류 특징 예시
유선 (Guided) TP (Twisted Pair) 가장 저렴, UTP/ STP, 카테고리 등급, RJ-45 랜선, 전화선
동축 케이블(Coaxial) 내부·외부 도체, 주파수 영역 넓음, 설치 불편 TV 안테나
광섬유(Fiber Optic) 빛의 전반사, 코어/클래딩, 대역폭 넓고 잡음 강함 인터넷 백본, 장거리 통신
무선 (Unguided) RF (Radio Frequency) 3KHz~300GHz, VLF~EHF, 전방향성, 이동성 우수 TV, 라디오, 휴대전화, Wi-Fi
적외선/광통신 방향성, 장애물 영향 큼, 짧은 거리 리모컨, 근거리 통신

광섬유 손실 구분

  • 고유 손실: 산란 손실, 흡수 손실
  • 구조 손실: 불균등 손실(코어-클래딩 경계 불균일), 코어 손실(굽힘), 마이크로 벤딩 손실(미세구부러짐)

무선 매체의 주파수 구분 (ITU 기준)

구분 주파수 범위 활용 예시
VLF 3~30KHz 장거리 통신
LF 30~300KHz 항해, 방송
MF 300KHz~3MHz AM 라디오
HF 3~30MHz 단파 방송
VHF 30~300MHz FM 라디오, TV
UHF 300MHz~3GHz TV, 휴대전화
SHF 3~30GHz 위성, 마이크로파
EHF 30~300GHz 특수 통신

정리

전송 속도, 대역폭, 채널 용량, 전송 방식, 전송 손상, 전송 매체의 특성을 표와 구조를 통해 한눈에 정리했다. 각 용어와 원리, 실제 적용 사례를 정확히 이해하면 데이터통신의 핵심을 파악할 수 있다.
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컴퓨터 시스템의 구성과 동작 원리

1. 컴퓨터 시스템의 구성

  • 컴퓨터 시스템은 하드웨어(Hardware)와 소프트웨어(Software)로 나뉜다.
  • 하드웨어는 물리적 장치, 소프트웨어는 하드웨어를 동작시키는 프로그램의 집합이다.
구성요소 설명 주요 예시
하드웨어 컴퓨터의 물리적 실체, 정보 처리와 저장을 담당한다. CPU, 메모리, 저장장치, 입출력장치
소프트웨어 명령어와 데이터의 집합, 하드웨어를 제어하고 응용기능을 제공한다. 운영체제, 응용프로그램, 드라이버
  • 소프트웨어는 시스템 소프트웨어(운영체제, 컴파일러 등)와 응용 소프트웨어(워드, 엑셀 등)로 나뉜다.

2. 컴퓨터 하드웨어의 4대 구성요소

구성요소 주요 역할 대표 장치
중앙처리장치(CPU) 프로그램 실행, 데이터 처리, 전체 제어 연산장치(ALU), 제어장치(CU), 레지스터
기억장치 데이터와 프로그램 저장 RAM, ROM, HDD, SSD, USB
입력장치 외부 데이터 입력 키보드, 마우스, 스캐너
출력장치 처리 결과 출력 모니터, 프린터, 스피커
  • 입력장치는 데이터를 받아 기억장치로 전달하고, CPU는 기억장치의 데이터를 처리한다.
  • 출력장치는 처리 결과를 사용자에게 전달한다.

3. 시스템 버스와 컴퓨터 내부 연결

버스 종류 설명
주소버스(Address Bus) CPU가 메모리나 I/O장치의 위치(주소)를 지정할 때 사용한다.
데이터버스(Data Bus) 데이터를 CPU, 메모리, I/O장치 사이에 전달한다.
제어버스(Control Bus) 읽기/쓰기 등 각종 제어 신호를 전달한다.
  • 시스템 버스는 CPU, 기억장치, 입출력장치를 서로 연결하는 정보의 통로 역할을 한다.

4. CPU와 기억장치, I/O장치의 연결

  • CPU는 시스템 버스를 통해 기억장치와 직접 데이터를 주고받는다.
  • I/O장치는 I/O제어기(컨트롤러)를 통해 CPU와 연결된다.
  • I/O제어기는 상태레지스터(장치 상태 표시), 데이터레지스터(데이터 임시 저장) 등으로 구성된다.

5. 컴퓨터 시스템의 동작 흐름

  1. 입력장치로부터 데이터 입력
  2. 입력된 데이터는 기억장치에 저장됨
  3. CPU가 명령어를 해석하고 연산을 수행함
  4. 처리 결과를 기억장치에 저장하거나 출력장치로 보냄
  5. 제어장치가 전체 동작을 관리함

6. 컴퓨터 시스템의 발전 과정

  • 컴퓨터는 릴레이 → 진공관 → 트랜지스터 → 집적회로(IC) 순으로 발전해왔다.
  • 기술 발전으로 처리속도는 빨라지고, 저장용량은 증가했으며, 크기와 가격은 줄어들고 신뢰도는 높아졌다.
  • 현대 컴퓨터는 네트워크, 가상화, 병렬처리 등 다양한 기술이 융합되어 있다.

7. 컴퓨터 시스템의 주요 기능

  • 프로그램 실행: CPU가 명령어를 해석해 순서대로 실행한다.
  • 저장: 처리 결과나 데이터를 기억장치에 저장한다.
  • 이동: 데이터와 명령어를 각 장치 사이에서 이동시킨다.
  • 제어: 프로그램 실행 순서와 각 장치의 동작을 관리한다.
  • 입출력: 외부와의 데이터 교환을 담당한다.

8. 정리

컴퓨터 시스템은 하드웨어와 소프트웨어가 유기적으로 결합되어 정보를 입력, 처리, 저장, 출력, 제어하는 역할을 수행한다.
각 구성요소의 역할과 동작 원리를 정확히 이해하는 것이 컴퓨터의 기본이다.
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CPU (중앙처리장치)

1. CPU의 개념과 역할

  • CPU는 컴퓨터 시스템의 핵심으로, 프로그램의 명령어를 해석하고 실행하며 데이터를 처리한다.
  • 명령어 인출, 해독, 실행, 데이터 처리, 저장의 과정을 반복한다.

2. CPU의 기본 구조

구성요소 주요 역할
산술논리연산장치(ALU) 산술 연산(+, -, ×, ÷) 및 논리 연산(AND, OR, NOT 등) 수행
레지스터(Register) 임시 데이터 저장, 연산 결과 저장
제어장치(Control Unit) 명령어 해석, 실행, 제어 신호 발생

3. 명령어 사이클과 주요 동작

  • 명령어 인출(Fetch): 기억장치에서 명령어를 읽어옴
  • 명령어 해독(Decode): 연산 종류와 데이터 위치 해석
  • 데이터 인출(Fetch): 필요시 데이터 읽기
  • 데이터 처리(Process): 산술/논리 연산 등 수행
  • 데이터 저장(Store): 결과를 레지스터/기억장치에 저장

4. 주요 레지스터의 역할

레지스터 설명
프로그램 카운터(PC) 다음 인출할 명령어의 주소 저장
누산기(ACC) 연산 결과 임시 저장
명령어 레지스터(IR) 현재 실행 중인 명령어 저장
주소 레지스터(MAR) 접근할 기억장치 주소 저장
버퍼 레지스터(MBR) 기억장치와 데이터 송수신 임시 저장

정리

CPU는 컴퓨터의 두뇌로서, 명령어의 인출-해독-실행 과정을 반복하며 연산과 제어를 담당한다.
ALU, 레지스터, 제어장치의 협력으로 프로그램이 실제로 동작하며, 각 레지스터의 역할과 명령어 사이클을 이해하는 것이 중요하다.
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