전자계산기구조, 외우지 말고 이해하자! 정보처리기사 필승전략

 

전자계산기구조, 외우지 말고 이해하자!

목차

• 전자계산기구조 과목, 왜 어렵게 느껴질까요?
• 논리 회로와 수의 체계, 외우기보다 구조로 파악해요
• 명령어 사이클과 제어장치, 흐름을 알면 쉽게 이해돼요
• 레지스터와 연산장치, 역할과 연결 구조를 기억하세요
• 기억장치 계층과 입출력 장치, 시험에 나오는 포인트
• 실전 대비 전략과 계산 문제 풀이 팁

전자계산기구조 과목, 왜 어렵게 느껴질까요?

정보처리기사 필기 시험을 준비하면서 전자계산기구조 과목에 처음 발을 들이는 순간, 많은 수험생이 “이건 대체 무슨 말이지?”라는 생각을 하게 돼요. 마치 물리학이나 공학 과목을 갑자기 배우는 느낌처럼, 낯선 용어와 추상적인 개념들이 한꺼번에 쏟아져 들어오기 때문이에요. 사실 이 과목은 단순 암기로 접근하면 더 혼란스러워져요. 중요한 건 왜 이런 구조가 필요하고, 어떻게 작동하는지를 이해하는 것이에요.

전자계산기구조는 컴퓨터의 뇌라고 할 수 있는 하드웨어의 동작 원리를 다루는 과목이에요. CPU는 어떻게 명령을 처리하는지, 데이터는 어떤 경로를 따라 이동하는지, 레지스터와 버스는 어떤 역할을 맡고 있는지를 공부하는 거죠. 하지만 이 개념들은 눈으로 직접 볼 수 있는 것이 아니고, 수식과 도식으로 설명되기 때문에 처음엔 다소 거리감이 느껴질 수밖에 없어요.

게다가 이 과목은 암기할 것이 많은 것처럼 보여요. 2진수, 8진수, 16진수 변환, 논리 회로, 명령어 사이클, 연산장치, 제어장치, 기억장치 구조까지, 나열해보면 복잡한 공학 이론처럼 느껴지죠. 하지만 이 모든 것들은 결국 하나의 시스템 속에서 유기적으로 연결된 흐름이에요. 이 흐름을 한 줄기 스토리처럼 이해하면, 외우지 않고도 자연스럽게 머릿속에 자리잡게 돼요.

시험에서는 이런 이해의 틈을 공략해 문제를 내는 경우가 많아요. 예를 들어, “제어장치의 기능이 아닌 것은?”, “누산기(AC)의 역할은?”, “명령어 사이클에서 인터럽트가 발생하면?” 같은 문제들이 나오죠. 표면적으로는 단어 하나만 바뀐 보기들이지만, 본질적으로는 시스템의 흐름을 알고 있느냐를 묻는 문제예요. 그래서 이 과목은 단편적인 외움보다는 그림과 흐름 중심의 사고가 더 필요해요.

또 하나, 전자계산기구조가 어려운 이유는 실생활에서 체감하기 어려운 분야이기 때문이에요. 프로그래밍이나 데이터베이스처럼 직접 해보면서 익힐 수 있는 것도 아니고, 눈앞에 결과물이 나오는 것도 아니에요. 하지만 우리가 스마트폰을 켜고, 컴퓨터로 검색하고, 앱을 실행하는 모든 과정의 가장 밑바닥에는 바로 이 구조가 있어요. 즉, 보이지 않지만 가장 근본적인 메커니즘이 바로 이 과목의 내용이라는 거예요.

논리 회로와 수의 체계, 외우기보다 구조로 파악해요

전자계산기구조 과목에서 가장 처음 마주하게 되는 개념이 바로 수의 체계와 논리 회로예요. 이 단원에서 많은 분들이 2진수, 8진수, 16진수 변환에 어려움을 느끼고, 논리합, 논리곱, NOT, XOR 같은 연산 기호를 보며 ‘암기할 게 너무 많다’는 생각부터 하게 돼요. 하지만 이 단원은 결코 외우는 게 목적이 아니에요. 오히려 컴퓨터가 정보를 어떻게 표현하고 처리하는지의 기본 개념을 이해하는 데 가장 중요한 출발점이에요.

컴퓨터는 0과 1, 단 두 가지 신호만 가지고 모든 정보를 처리해요. 이것이 바로 2진수(Binary) 체계의 본질이에요. 숫자뿐 아니라 문자, 이미지, 소리도 결국 이진수 조합으로 구성되어 있어요. 그래서 정보처리기사 시험에서는 숫자 변환 문제가 자주 출제돼요. 예를 들어, “10진수 25를 2진수로 변환한 값은?”, “2진수 101010을 16진수로 바꾸면?” 같은 문제들이 대표적이에요. 이때 중요한 건 기계적으로 외우기보다는 자리값과 비트 개념을 이해하고 변환하는 연습을 꾸준히 해보는 것이에요.

다음으로 논리 회로(Logic Circuit)에 대해 알아볼게요. 논리 회로는 컴퓨터 내부에서 논리 연산을 수행하는 기본 단위예요. 기본 논리 게이트에는 AND, OR, NOT이 있고, 이를 조합해 NAND, NOR, XOR, XNOR 같은 복합 게이트가 만들어져요. 시험에서는 각 게이트의 진리표를 주고 결과값을 구하거나, 회로도를 보고 어떤 논리 연산인지 추론하는 문제가 자주 출제돼요.

예를 들어, AND 게이트는 두 입력이 모두 1일 때만 1을 출력하고, OR은 하나라도 1이면 출력이 1이에요. NOT은 단순히 반대값을 출력하는 것이고요. 이게 끝이 아니에요. XOR은 두 입력이 다르면 1, 같으면 0을 출력해요. 이 XOR 게이트는 오류 검출, 데이터 전송, 암호화 등 실제 시스템에서도 광범위하게 사용돼요. 따라서 개념과 함께 활용 예까지 익혀두면, 시험에서 훨씬 쉽게 풀 수 있어요.

또한 회로 문제에서는 ‘불 대수(Boolean Algebra)’를 활용해 논리식을 간소화하는 문제도 종종 출제돼요. 드 모르간의 법칙 같은 기본 법칙과 항등식, 보수의 성질 등을 익혀두면 논리 회로를 최소화하거나 동등한 식을 찾는 문제에 자신감을 가질 수 있어요. 이 부분은 시간이 걸리지만, 도식화를 해보면서 연습하면 금방 익숙해질 수 있어요.

중요한 건, 논리 회로나 수 체계를 ‘수학처럼 암기’하려 하지 말고, 컴퓨터의 사고방식을 따라가듯 이해하는 거예요. 컴퓨터가 왜 이진수를 쓰는지, 왜 게이트마다 출력 방식이 다른지, 그것이 어떤 결과를 만들어내는지 ‘왜?’라는 질문을 놓지 않으면, 어느 순간 이 단원이 아주 논리적이고 재미있게 느껴질 거예요.

명령어 사이클과 제어장치, 흐름을 알면 쉽게 이해돼요

전자계산기구조 과목에서 단골로 등장하는 주제가 명령어 사이클과 제어장치(Control Unit)예요. 시험에서도 이 두 개념은 매 회차 거의 빠지지 않고 출제되고 있어요. 그런데 막상 공부를 시작하면 이론은 복잡하고 흐름은 길어서 ‘이걸 도대체 어디서부터 이해해야 할까?’ 하고 막막함이 먼저 찾아오죠. 하지만 걱정하지 마세요. 명령어 사이클은 단순히 하나의 명령어가 어떻게 실행되는지를 시간 흐름에 따라 추적하는 과정일 뿐이에요.

명령어 사이클은 기본적으로 인출(Fetch) → 해독(Decode) → 실행(Execute)의 과정을 따라가요. 이 흐름은 컴퓨터가 하나의 명령어를 처리하는 ‘습관’과 같아요. 먼저 명령어를 메모리에서 불러오고(Fetch), 그 명령어가 무엇을 뜻하는지 해석하고(Decode), 해석된 결과에 따라 실제 동작을 실행(Execute)하는 거예요. 어떤 명령이든 이 기본 틀에서 벗어나지 않아요.

시험에서는 이 사이클의 각 단계에서 어떤 일이 벌어지는지를 묻는 문제가 자주 나와요. 예를 들어 "인출 단계에서 사용되는 레지스터는?", "해독 과정의 주요 역할은?" 같은 식이에요. 이때 핵심은 각 단계에서 주로 등장하는 레지스터와 버스를 정확히 파악하는 것이에요. 인출 단계에서는 PC(Program Counter)와 MAR(Memory Address Register), MDR(Memory Data Register), IR(Instruction Register) 등이 주인공처럼 등장해요. 이런 레지스터의 역할과 순서를 익혀두면, 흐름이 명확해져요.

이 과정을 ‘그림’으로 한 번에 정리해보는 것도 추천드려요. 예를 들어, PC가 다음 명령어의 주소를 가지고 있고, MAR로 그 주소를 넘기고, 메모리에서 값을 읽어 MDR로 가져오며, 그 값을 IR에 저장해서 해석하는 구조예요. 이렇게 데이터가 흐르는 방향을 이미지로 그려보면, 머릿속에 훨씬 오래 남고, 시험장에서 문제를 풀 때도 자연스럽게 떠오르게 돼요.

이제 제어장치에 대해 알아볼 차례예요. 제어장치는 말 그대로 모든 연산과 명령 실행을 ‘지휘’하는 역할을 맡고 있어요. ALU가 실제 계산을 하고, 레지스터가 데이터를 보관한다면, 제어장치는 언제 어떤 작업을 수행할지를 결정하고 명령하는 사령탑이에요. 시험에서는 ‘하드웨어 방식 제어’와 ‘마이크로프로그램 제어’의 차이를 자주 물어요. 하드웨어 제어는 속도는 빠르지만 유연성이 떨어지고, 마이크로프로그램 방식은 느리지만 수정이 쉽다는 특징이 있어요.

또한, 명령어 형식과 주소 지정 방식도 제어장치와 함께 연계해서 자주 출제돼요. 명령어 형식은 몇 비트로 구성되어 있는지, 어떤 비트가 연산 코드(OPCODE)이고, 어떤 비트가 오퍼랜드인지 이해해야 해요. 주소 지정 방식은 즉시(Addressing), 직접, 간접, 상대 주소 지정 방식 등 다양한 방식이 있어요. 시험에서는 “다음 중 즉시 주소 지정 방식의 설명으로 옳은 것은?” 같은 문제로 출제돼요.

레지스터와 연산장치, 역할과 연결 구조를 기억하세요

전자계산기 구조에서 빠질 수 없는 핵심 개념 중 하나가 바로 레지스터(Register)와 연산장치(ALU)예요. 이 두 요소는 컴퓨터가 데이터를 실제로 처리하고 계산하는 데 있어 필수적인 요소예요. 그런데 막상 공부를 시작하면 레지스터 종류가 너무 많고, 약어도 복잡해서 ‘도대체 누가 뭘 하는 건지’ 헷갈리기 쉬워요. 하지만 이 부분 역시 흐름을 이해하면, 마치 사무실 내 부서처럼 명확하게 정리할 수 있어요.

먼저 레지스터는 CPU 내부에 존재하는 초고속 임시 저장 장치예요. 일반적인 메모리(RAM)보다 훨씬 빠른 속도로 데이터를 주고받기 때문에, CPU가 연산을 수행하는 동안 가장 먼저 데이터를 보관하거나 이동시키는 공간이라고 할 수 있어요. 시험에서는 주로 자주 쓰이는 레지스터들의 이름과 역할을 묻는 문제가 자주 출제돼요.

예를 들어, PC(Program Counter)는 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장하고, MAR(Memory Address Register)는 접근하려는 메모리 주소를 담아요. MDR(Memory Data Register)는 메모리에서 읽거나 쓸 데이터를 임시로 저장하는 곳이고, IR(Instruction Register)는 현재 실행 중인 명령어 자체를 저장해요. 이 네 가지는 ‘명령어 사이클’과 함께 반복해서 등장하기 때문에, 각각의 흐름을 그림처럼 연결해서 기억하는 것이 좋아요.

그 외에도 ACC(Accumulator, 누산기)는 연산 결과를 저장하거나 중간 결과를 누적하는 역할을 하고, TEMP는 임시 계산용으로, FLAGS는 조건 결과(예: 0인지, 부호인지 등)를 저장해요. 시험에서는 “연산 결과의 저장에 주로 사용되는 레지스터는?”, “현재 명령어를 저장하는 곳은?” 같은 문제로 출제돼요. 보기들이 비슷하게 나와도, 역할과 위치를 정확히 기억하고 있다면 실수 없이 고를 수 있어요.

이제 연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)로 넘어가 볼게요. ALU는 말 그대로 산술 연산과 논리 연산을 수행하는 핵심 부품이에요. 덧셈, 뺄셈, AND, OR, 비교 연산 등이 모두 여기서 이루어져요. ALU는 레지스터에 저장된 데이터를 불러와 연산을 수행하고, 그 결과를 다시 ACC나 다른 레지스터에 저장하는 방식으로 작동해요.

시험에서는 ALU의 기능보다는, 데이터 흐름과 레지스터 간의 연결 구조를 이해하고 있는지를 확인하는 문제가 많아요. 예를 들어, “ALU는 어떤 레지스터로부터 데이터를 받아 연산을 수행하나요?”, “연산 결과는 어떤 레지스터로 전달되나요?” 같은 문제들이죠. 이런 문제는 구조를 한 번만 제대로 그려보면 한눈에 이해돼요.

또한, 일부 문제에서는 연산 순서를 묻기도 해요. 예를 들어, “A + B의 연산을 위해 필요한 레지스터 조작 순서는?”과 같은 유형인데요, 이때는 데이터가 MAR → MDR → ACC → ALU → FLAGS 식으로 흐른다는 개념을 알고 있으면 쉽게 접근할 수 있어요.

기억장치 계층과 입출력 장치, 시험에 나오는 포인트

전자계산기구조 과목에서 또 하나 자주 출제되는 단원이 바로 기억장치(Memory hierarchy)와 입출력 장치(I/O device)예요. 처음 이 단원을 접하면 “이게 왜 이렇게 복잡하지?” 싶은 마음이 들 수 있어요. RAM, ROM, 캐시, 레지스터, 하드디스크까지 종류도 많고 속도와 용량, 위치가 제각각이라 정리가 어렵게 느껴지기도 해요. 하지만 핵심은 ‘데이터가 어디에 얼마나 자주 저장되느냐’에 따라 계층이 나뉜다는 흐름을 이해하는 거예요.

기억장치는 일반적으로 레지스터 → 캐시 메모리 → 주기억장치(Main Memory) → 보조기억장치(Secondary Memory) 순으로 구성돼요. 이 계층은 속도는 빠르지만 용량이 적은 것에서, 속도는 느리지만 용량이 큰 것으로 갈수록 내려가요. 레지스터는 CPU 안에 있는 고속 저장장치로, 거의 ‘즉시 처리’가 필요한 데이터만 잠깐 저장돼요. 반면 하드디스크나 SSD 같은 보조기억장치는 저장 용량은 크지만, 처리 속도는 상대적으로 느려요.

시험에서는 이 계층 간의 비교 문제나 정의를 묻는 유형이 자주 등장해요. 예를 들어 “가장 빠른 기억장치는 무엇인가요?”, “캐시 메모리는 어떤 계층에 위치하나요?”, “보조기억장치에 해당하지 않는 것은?”과 같은 문제예요. 이런 문제를 정확히 풀려면 기억장치의 특징과 순서를 자연스럽게 떠올릴 수 있어야 해요. 이를 위해선 그림을 그리거나 계층 구조를 도식화하는 연습이 매우 효과적이에요.

또 하나 중요한 주제가 캐시 메모리예요. 시험에서는 “캐시 메모리의 역할은 무엇인가요?”, “지역성(Locality)의 개념과 관련된 설명은?” 같은 문제가 나와요. 캐시는 CPU와 메모리 사이에 위치한 중간 저장소로, 자주 사용하는 데이터를 빠르게 가져오기 위한 장치예요. 시간 지역성과 공간 지역성 개념이 자주 등장하는데, 시간 지역성은 ‘최근 사용한 데이터를 다시 사용할 가능성’, 공간 지역성은 ‘연속된 주소의 데이터를 사용할 가능성’을 의미해요. 이 둘은 캐시 메모리의 설계 철학과도 밀접하게 관련돼 있어요.

다음은 입출력 장치(I/O device)에 대한 내용이에요. I/O 장치는 키보드, 마우스, 프린터, 하드디스크 등 컴퓨터 외부와 데이터를 주고받는 장치를 말해요. 시험에서는 I/O 장치의 제어 방식에 대한 문제가 자주 출제돼요. 예를 들어 프로그램에 의한 I/O, 인터럽트 방식, DMA(Direct Memory Access) 방식의 차이를 묻는 문제예요. 이 세 가지는 데이터 전송을 누가 통제하느냐에 따라 나뉘어요.

‘프로그램에 의한 I/O’는 CPU가 모든 작업을 직접 제어하기 때문에 효율이 낮고 CPU의 부하가 커요. 반면, ‘인터럽트 방식’은 장치가 준비되었을 때 CPU에게 신호를 보내 작업을 요청하는 방식이고, ‘DMA 방식’은 데이터를 CPU를 거치지 않고 메모리와 장치 간에 직접 전송하는 고속 전송 방식이에요. 시험에서는 “가장 효율적인 I/O 방식은?”, “CPU 개입 없이 데이터 전송이 가능한 방식은?” 등의 질문으로 출제돼요.

실전 대비 전략과 계산 문제 풀이 팁

전자계산기구조 과목의 마지막 벽은 바로 계산 문제예요. 많은 수험생들이 이 파트에서 당황하는 이유는 간단해요. 개념은 이해했지만, 막상 숫자와 회로도, 2진수와 비트 연산이 등장하면 머릿속이 하얘지기 때문이에요. 하지만 사실 이 계산 문제들은 패턴이 정해져 있고, 푸는 방식도 일관적이에요. 그래서 전략적으로 접근하면 누구나 풀 수 있어요.

우선 시험에 자주 나오는 계산 문제 유형을 정리해볼게요. 1) 진법 변환 (10진 ↔ 2진, 8진, 16진)
2) 보수 계산 (1의 보수, 2의 보수)
3) 논리 연산 (AND, OR, XOR 등)
4) 가산기 및 감산기 회로
5) 명령어 형식 해석
6) 주소 계산 (상대 주소, 간접 주소 등)
이런 문제들은 모두 기본 공식을 숙지하고 있으면 충분히 풀 수 있어요.

진법 변환 문제는 가장 기본적인 유형이에요. 예를 들어 “10진수 45를 2진수로 바꾸면?” 같은 문제가 나오면, 2로 계속 나누고 나머지를 거꾸로 쓰는 방식으로 접근하면 돼요. 반대로 2진수 → 10진수는 각 자리의 값을 2의 거듭제곱으로 곱한 뒤 합산하면 돼요. 연습만 하면 10초 안에 풀 수 있어요.

보수 계산은 음수를 표현하거나 연산을 단순화할 때 사용되는 방식이에요. 1의 보수는 모든 비트를 반전시키고, 2의 보수는 1의 보수에 +1을 더해주는 방식이에요. 예를 들어 4비트 기준 2의 보수로 -5를 나타내면 1011이 돼요. 이 파트는 연산기 내부 동작과도 연결되기 때문에 잘 알아두는 게 좋아요.

논리 연산 문제에서는 두 개의 이진수를 주고 AND, OR, XOR 연산을 수행하게 해요. 이건 진리표만 기억하면 어렵지 않아요. 예를 들어 AND는 둘 다 1일 때만 1, OR은 하나라도 1이면 1, XOR은 다를 때 1이에요. 시험에서는 종종 연산 결과를 코드로 바꿔서 제시하기 때문에, 결과값을 다시 10진수로 바꾸는 연습도 해두면 좋아요.

명령어 형식 해석 문제는 처음 보면 어렵게 느껴지지만, 사실은 포맷만 익히면 굉장히 단순해요. 예를 들어 "OPCODE 6비트, 주소 10비트 구조에서, 명령어 1010100000110000은 무엇인가요?" 같은 문제가 출제될 수 있어요. 이럴 땐 앞 6비트가 어떤 명령을 의미하는지 테이블에서 찾아보고, 뒤 10비트는 주소값으로 해석하면 돼요.

마지막으로 중요한 건 계산 문제는 연습량이 점수를 결정한다는 점이에요. 이론을 이해하는 것과 계산을 정확히 푸는 건 전혀 다른 영역이에요. 그래서 기출문제와 예제를 반복적으로 풀면서 손에 익히는 게 가장 확실한 방법이에요. 그리고 계산 문제는 출제자의 의도가 매우 명확해서, 한 번 익히면 응용도 쉬워요.

정리하자면, 실전 대비 전략은 크게 세 가지예요. 1) 자주 나오는 계산 유형을 유형별로 분류해서 연습
2) 진리표, 보수 개념, 명령어 구조 등 핵심 포인트 도식화
3) 기출문제 반복 풀이로 실전 감각 익히기
이렇게만 준비해도 전자계산기구조 과목은 절대 겁먹을 필요 없는 과목이 될 수 있어요. ‘외우지 않고 이해한다’는 마음으로 접근하면, 암기가 필요했던 부분조차 자연스럽게 기억에 남을 거예요.