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컴퓨터 아키텍처 : 컴퓨터 구조 및 동작 원리

자료유형
단행본
개인저자
우종정
서명 / 저자사항
컴퓨터 아키텍처 = Computer architecture : 컴퓨터 구조 및 동작 원리 / 우종정 지음
발행사항
서울 : 한빛아카데미, 2014
형태사항
571 p. : 삽화 ; 24 cm
총서사항
IT cookbook ;170
ISBN
9791156641322
일반주기
원리를 알면 IT가 맛있다
서지주기
참고문헌(p. 560)과 색인수록
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No. 소장처 청구기호 등록번호 도서상태 반납예정일 예약 서비스
No. 1 소장처 중앙도서관/제2자료실(3층)/ 청구기호 004.22 2014 등록번호 111722788 도서상태 대출가능 반납예정일 예약 서비스 B M
No. 2 소장처 과학도서관/Sci-Info(1층서고)/ 청구기호 004.22 2014 등록번호 121232226 도서상태 대출중 반납예정일 2020-09-28 예약 예약가능 R 서비스 M
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No. 1 소장처 과학도서관/Sci-Info(1층서고)/ 청구기호 004.22 2014 등록번호 121232226 도서상태 대출중 반납예정일 2020-09-28 예약 예약가능 R 서비스 M

컨텐츠정보

책소개

컴퓨터의 기본적인 개념에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 더 나아가 성능 향상에 사용되는 고급 기술까지 최신 컴퓨터 구성과 동작의 원리를 이해하는 데 필요한 전반적인 내용을 다룬다.

국내외 상위 대학에서 가장 많이 쓰는 <컴퓨터 구조 및 설계>(데이비드 패터슨, 존 헤네시 공저)를 모티브로 하여 쉽게 설명한 책이다. 16비트 기반의 picoMIP라는 명령어 집합을 사용하여 설명하기 때문에 컴퓨터 구조와 동작 원리를 실제적으로 학습할 수 있으면서도 간단한 명령어라 이해하기도 매우 좋다.

1. 컴퓨터의 기본적인 개념에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 더 나아가 성능 향상에 사용되는 고급 기술까지 최신 컴퓨터 구성과 동작의 원리를 이해하는 데 필요한 전반적인 내용을 다룬다.

2. 국내외 상위 대학에서 가장 많이 쓰는 『컴퓨터 구조 및 설계』(데이비드 패터슨, 존 헤네시 공저)를 모티브로 하여 쉽게 설명한 책이다. 16비트 기반의 picoMIP라는 명령어 집합을 사용하여 설명하기 때문에 컴퓨터 구조와 동작 원리를 실제적으로 학습할 수 있으면서도 간단한 명령어라 이해하기도 매우 좋다.

3. 컴퓨터의 성능 향상에 사용되는 최신 고급 기술인 파이프라이닝, 캐시 메모리, RAID, 병렬처리 등을 차례로 소개함으로써 현존하는 대부분의 컴퓨터의 설계 개념을 이해할 수 있다.

4. 대학 교재로는 물론 컴퓨터 시스템을 개발하는 연구소나 기업체의 연구원에게도 전문서적으로 활용할 수 있다.

16비트 기반의 picoMIPS 명령어 집합을 사용하여
컴퓨터의 구성과 동작 원리를 쉽게 이해할 수 있다.


이 책은 컴퓨터 시스템의 개요에서부터 성능, 프로세서 설계, 메모리 및 입출력장치, 고급 기술인 파이프라이닝, RAID, 캐시 메모리, 병렬 처리 등을 다룹니다. 컴퓨터의 동작 원리를 이해하고자 하는 컴퓨터/전기.전자/정보통신 공학과 학생과 컴퓨터 시스템을 개발하는 연구소 및 기업체의 연구원을 대상으로 합니다. 독자들이 이 책을 통해 컴퓨터의 구성과 동작 원리를 이해하여 컴퓨터의 기능을 활용하는 수준에서 벗어나 컴퓨터 기술 발전에 원동력이 되길 바랍니다.

부/장별 내용 요약

1장 : 컴퓨터의 구성 요소를 살펴보고 컴퓨터를 분류한 후 컴퓨터와 관련된 중요 용어를 학습한다. 그리고 컴퓨터를 이해하기 위해 하드웨어와 소프트웨어의 관계를 파악한다.

2장 : 컴퓨터의 진화 과정과 세대별 발전, 컴퓨터와 관련된 획기적인 지표와 원리를 살펴본다. 그리고 컴퓨터의 성능, 성능 향상에 영향을 미치는 요소와 개선 방법을 학습한다.

3장 : 컴퓨터의 언어인 명령어 집합의 의미와 특성을 파악한 후 프로세서에서 명령어가 동작하는 과정을 분석하고 컴퓨터에서 필요한 연산의 종류를 살펴본다. 또한 CPU 내부 저장장치의 필요성에 대해서도 학습한다.

4장 : 다양한 종류의 명령어 집합을 비교하고 데이터의 주소 지정 방식을 학습한 다음, 이 책의 기본 아키텍처로 사용할 picoMIPS의 명령어 형식을 살펴본다.

5장 : 컴퓨터에서 데이터를 표현하는 방식을 살펴보고 데이터를 처리하는 연산장치를 설계하기 위해 디지털 논리회로의 기본 개념을 학습한다.

6장 : 정수와 실수의 연산 알고리즘을 이해하고 연산장치의 구조와 데이터의 입출력 경로를 살펴본다.

7장 : 명령어의 실행 과정을 단계별로 분석하고 명령어를 실행하기 위한 데이터 경로를 구성해본다.

8장 : 제어장치의 역할 및 종류, 마이크로 연산 등을 살펴본 후 제어장치의 구현 방법을 학습한다. 그리고 기본 아키텍처로 사용하는 picoMIPS를 위한 제어장치를 설계한다.

9장 : 파이프라이닝의 개념 및 파이프라이닝에 의한 성능 향상을 파악하고 기본 아키텍처인 picoMIPS에 이를 적용해본다. 이어서 파이프라이닝에 의한 성능 향상의 방해 요소인 해저드와 인터럽트를 살펴보고, 슈퍼스칼라 파이프라이닝 등에 대해서도 학습한다.

10장 : 메인 메모리의 의미와 동작 원리를 이해하고 RAM과 ROM의 특징을 살펴본다. 그리고 DRAM의 대역폭을 향상하는 기법인 광폭버스 메모리, 교차 메모리, DRAM 구성을 최적화함으로써 성능을 향상한 SDRAM 등을 살펴본다.

11장 : 메모리 계층 구조의 상위에 위치한 캐시 메모리의 특징과 동작 메커니즘, 성능 향상을 위한 다양한 전략을 살펴본다.

12장 : 가상기억장치의 필요성과 의미를 살펴보고 가상기억장치에 필수적으로 수반되는 주소 변환 과정의 원리를 이해한다. 그리고 주소 변환 기법의 문제점을 분석한 후, 향상된 주소 변환 기법에 대해 알아본다.

13장 : 데이터를 처리하는 데 필요한 하드디스크와 같은 주변장치에 대해 살펴보고 주변장치의 성능 향상 기법을 학습한다. 또한 중앙처리장치가 주변장치를 인식할 수 있는 주소 지정 방식도 살펴본다.

14장 : 데이터의 전송 방식, 인터럽트 처리, 버스의 구조와 제어 및 중재 방식, 입출력 버스 표준과 버스의 성능 향상에 대해 살펴본다.

15장 : 병렬 처리의 기본적인 개념과 병렬 시스템의 종류를 살펴본다. 그리고 각종 병렬 처리 시스템의 구성과 상호 연결망에 대해 학습한다.


정보제공 : Aladin

저자소개

우종정(지은이)

경북대학교 컴퓨터공학과에서 학사 과정을 마친 후 University of Texas at Austin 에서 공학 석사 및 공학 박사를 취득했다. 산업연구원에서 연구원 및 책임연구원으로 재직했으며, 미국 IBM 에서 PowerPC 개발에도 참여했다. 현재 성신여자대학교 컴퓨터공학과 교수로 재직 중이다. 저서로는 『IT CookBook, 컴퓨터 아키텍처』(한빛아카데미, 2014), 『CDMA 이동통신을 위한 휴대폰 프로그래밍』(홍릉과학출판사, 2007) 등이 있고, 역서로는 『디지털 시스템 설계 및 VHDL』(인터비젼, 1999), 『Java 프로그래밍의 이해』(피어슨에듀케이션, 2002 ) 등이 있으며, 임베디드시스템과 모바일 기술 분야의 논문이 다수 있다.

정보제공 : Aladin

목차

지은이 머리말 ? 4 
이 책의 사용 설명서 ? 6

Chapter 01 컴퓨터 시스템의 개요 ? 021
1 컴퓨터 시스템 ? 023
 1 컴퓨터 시스템의 개념적 구성 ? 023
 2 컴퓨터 시스템의 4대 기능 ? 024
 3 비트, 바이트, 워드 ? 024

2 컴퓨터 하드웨어 ? 026
 1 중앙처리장치 ? 026
 2 기억장치 ? 027
 3 주변장치 ? 028
 4 기타 하드웨어 ? 029

3 컴퓨터 소프트웨어 ? 032
 1 시스템 소프트웨어 ? 032
 2 응용 소프트웨어 ? 034 

4 운영체제와 부팅 ? 035
 1 운영체제 ? 035
 2 부팅 ? 035

5 컴파일러와 인터프리터 ? 038
 1 컴파일러 ? 038
 2 인터프리터 ? 039

6 컴퓨터의 분류 ? 041
 1 처리 능력에 의한 분류 ? 041
 2 사용 목적에 의한 분류 ? 042
 3 응용 분야에 의한 분류 ? 042
 4 사용 데이터에 의한 분류 ? 043

7 컴퓨터의 구조, 구성, 실현 ? 044
 1 컴퓨터 구조 ? 044
 2 컴퓨터 구성 ? 045
 3 컴퓨터 실현 ? 046
 4 컴퓨터 계열 ? 046

8 하드웨어와 소프트웨어의 상호 조정 ? 047
요약 ? 049 연습문제 ? 051


Chapter 02 컴퓨터의 발전과 성능 ? 055
1 컴퓨터의 세대별 발전 ? 057

2 현대 컴퓨터 발전의 지표 ? 061
 1 폰노이만 아키텍처 ? 061
 2 무어의 법칙 ? 064

3 컴퓨터의 성능 ? 066
 1 성능의 정의 ? 066
 2 암달의 법칙 ? 068

4 CPU 성능 분석 ? 072
 1 성능에 영향을 미치는 요소 ? 072
 2 성능에 영향을 미치는 요소의 분석 ? 076

5 벤치마크와 성능 척도 ? 079
 1 벤치마크 ? 079
 2 MIPS와 MFLOPS ? 080
요약 ? 083 연습문제 ? 084 

Chapter 03 명령어 집합 ? 087
1 명령어 집합 ? 089
 1 명령어 집합의 의미 ? 089
 2 명령어 집합 구조 ? 089
 3 명령어 집합 설계 ? 090

2 명령어의 특성 ? 092
 1 피연산자의 수 ? 092
 2 명령어의 길이 ? 094

3 CPU의 기본 구성과 가상 명령어 집합 ? 096
 1 CPU의 기본 구성과 명령어의 실행 순서 ? 096
 2 가상 컴퓨터 명령어 ? 098
 3 좋은 명령어 집합 구조 ? 104

4 연산 ? 106
 1 연산의 종류 ? 106
 2 분기 명령 ? 107
 3 프로시저의 호출과 복귀 ? 111

5 명령어와 CPU 기억장치 ? 115
요약 ? 118 
연습문제 ? 120


Chapter 04 명령어 집합의 분류와 주소 지정 방식 ? 123
1 피연산자의 수와 명령어 집합 ? 125
 1 누산기 컴퓨터 ? 125
 2 스택 컴퓨터 ? 128
 3 범용 레지스터 컴퓨터 ? 132

2 명령어와 메모리 ? 137
 1 메모리 속성 ? 137
 2 메모리 정렬 ? 139
 3 엔디언 방식 ? 140

3 주소 지정 방식 ? 142
 1 0-단계 주소 지정 방식 ? 142
 2 1-단계 주소 지정 방식 ? 143 
 3 2-단계 주소 지정 방식 ? 145 

4 복잡도에 따른 명령어 집합 ? 148
 1 CISC의 탄생과 특징 ? 148
 2 RISC의 탄생 ? 149
 3 RISC의 특징 ? 150
 4 RISC와 CISC의 전망 ? 152

5 picoMIPS 명령어 집합 구조 ? 153
 1 picoMIPS의 개요 ? 153
 2 picoMIPS의 명령어 형식과 종류 ? 154
요약 ? 157 
연습문제 ? 158

Chapter 05 데이터와 디지털 논리회로 ? 161
1 데이터의 개요 ? 163
 1 데이터의 종류 ? 163
 2 데이터의 형식 ? 164
 3 데이터와 진법 ? 164

2 정수 ? 166
 1 무부호 정수의 표현 ? 166
 2 유부호 정수의 표현 ? 168
 3 2의 보수 방식의 대중성 ? 172

3 실수 ? 174
 1 실수의 개요 ? 174
 2 정규화와 잠복 비트 ? 175
 3 IEEE-754 표준 ? 176
 4 범위와 정밀도 ? 178

4 비수치 데이터 ? 180
 1 BCD 코드 ? 180
 2 ASCII 코드 ? 182
 3 유니코드 ? 183

5 디지털 논리회로 ? 184
 1 논리 게이트 ? 184
 2 조합 논리회로와 순차 논리회로 ? 184
 3 디코더와 인코더 ? 186
 4 멀티플렉서와 디멀티플렉서 ? 188
 5 반가산기와 전가산기 ? 189
 6 레지스터 파일 ? 190
요약 ? 192 
연습문제 ? 194


Chapter 06 연산장치 ? 197 
1 연산장치의 개요 ? 199
 1 연산장치와 레지스터 파일 ? 199
 2 산술장치와 논리장치의 통합 ? 201
 3 플래그 레지스터 ? 202

2 정수의 덧셈 ? 204
 1 덧셈 연산 ? 204
 2 덧셈?뺄셈장치 ? 206

3 정수의 곱셈 ? 208
 1 곱셈 연산 ? 208
 2 시프트-덧셈 방식의 곱셈 연산 ? 209
 3 Booth 알고리즘 ? 213

4 정수의 나눗셈 ? 217
 1 눗셈 연산 ? 217
 2 복원 알고리즘 ? 218
 3 비복원 알고리즘 ? 221

5 부동 소수점의 연산 ? 224
 1 부동 소수점의 덧셈 ? 224
 2 부동 소수점의 곱셈과 나눗셈 ? 225
 3 가드 디지트 ? 227
요약 ? 229 
연습문제 ? 230


Chapter 07 데이터 경로 ? 233
1 데이터 경로의 이해 ? 235
 1 데이터 경로 ? 235
 2 데이터 경로의 두 가지 방식 ? 236

2 명령어 실행과 데이터 경로 ? 239
 1 picoMIPS의 명령어 형식 ? 239
 2 picoMIPS 명령어의 단계적 실행 ? 240
 3 데이터 경로의 기본 골격 ? 241

3 단일 사이클 방식의 명령어 실행 ? 244
 1 명령어 인출 ? 244
 2 명령어 해독과 레지스터 읽기 ? 245
 3 명령어 종류별 실행 ? 245

4 다중 사이클 방식의 명령어 실행 ? 252
 1 명령어 인출 ? 252
 2 명령어 해독과 레지스터 읽기 ? 253
 3 덧셈 명령어 실행 ? 254
 4 적재 명령어 실행 ? 254 

5 데이터 경로의 구체화와 성능 비교 ? 257
 1 데이터 경로의 구체화 ? 257
 2 단일 사이클 방식과 다중 사이클 방식의 성능 비교 ? 261
요약 ? 263 


Chapter 08 제어장치 ? 267
1 제어장치의 이해 ? 269
 1 제어장치 ? 269
 2 마이크로 연산과 제어 신호 ? 270
 3 PROM과 PLA ? 272

2 제어장치 구현 방식 ? 275
 1 제어 신호의 생성 ? 275
 2 제어장치 구현의 두 가지 방식 ? 276

3 마이크로프로그래밍 방식의 제어장치 ? 279
 1 마이크로 명령어의 구성 요소 ? 279
 2 마이크로 명령어의 제어 ? 280
 3 마이크로 명령어의 형식 ? 282

4 단일 사이클 방식 데이터 경로를 위한 제어장치 ? 284
 1 제어 신호의 종류 ? 284
 2 명령어 실행을 위한 마이크로 연산과 제어 신호 ? 286
 3 제어장치 구현 ? 289

5 다중 사이클 방식 데이터 경로를 위한 제어장치 ? 293
 1 제어 신호의 종류 ? 293
 2 명령어 실행을 위한 마이크로 연산과 제어 신호 ? 294
요약 ? 301 
연습문제 ? 303


Chapter 09 파이프라이닝 ? 305
1 파이프라이닝의 개요 ? 307

2 순차 처리와 병행 처리 ? 310
 1 프로세서 구현 방식 ? 310
 2 파이프라이닝의 성능 ? 311

3 picoMIPS 아키텍처와 파이프라이닝 ? 314
 1 구현 방식에 따른 picoMIPS의 성능 ? 314
 2 picoMIPS 파이프라인의 문제점 ? 315
 3 picoMIPS 파이프라이닝과 제어 신호 ? 316

4 해저드 ? 317
 1 해저드의 의미와 종류 ? 317
 2 구조적 해저드 ? 318
 3 데이터 해저드 ? 319
 4 명령어 해저드 ? 321

5 해저드의 영향과 해결 방법 ? 324
 1 해저드의 영향 ? 324
 2 해저드 해결 방법 ? 326

6 인터럽트와 공격적 파이프라이닝 ? 330
 1 인터럽트 ? 330
 2 공격적 파이프라이닝 ? 332
요약 ? 335 
연습문제 ? 336


Chapter 10 메모리 ? 339
1 메모리의 개요 ? 341
 1 CPU와 메모리 ? 341
 2 읽기?쓰기 동작 ? 342
 3 메모리 용량과 데이터 크기 ? 344
 4 메모리 접근 시간과 사이클 시간 ? 345
 5 저장장치의 특징 ? 345

2 메모리의 종류와 구성 및 동작 ? 347
 1 DRAM과 SRAM ? 347
 2 DRAM의 구성과 동작 ? 348
 3 DRAM의 확장 ? 350
 4 메모리 재충전 ? 352
 5 ROM ? 352

3 메모리의 성능 향상 ? 354
 1 광폭버스 메모리와 교차 메모리 ? 354
 2 파이프라인 메모리와 연관 메모리 ? 359 

4 DRAM 칩 구성의 개선과 성능 향상 ? 360
 1 FPM DRAM ? 360
 2 EDO DRAM ? 360
 3 RDRAM ? 361
 4 SDRAM ? 361
 5 차세대 메모리 ? 364

5 메모리 계층 구조 ? 366
 1 지역성 원리 ? 366
 2 계층적 메모리의 의미와 특징 ? 367
 3 메모리 계층 구조의 원리와 전송 단위 ? 368
 4 설계 논점 ? 370
요약 ? 371 
연습문제 ? 373


Chapter 11 캐시 메모리 ? 377
1 캐시 메모리의 개요 ? 379
 1 적중과 실패 ? 379
 2 캐시 메모리의 기본 구성과 동작 ? 381
 3 캐시 메모리의 전략과 설계 논점 ? 383

2 블록 사상 ? 384
 1 블록 사상 방식의 개요 ? 384
 2 직접 사상 ? 385
 3 완전 연관 사상 ? 390
 4 집합 연관 사상 ? 393

3 블록 교체와 블록 갱신 ? 399
 1 블록 교체 방식 ? 399
 2 블록 갱신 방식 ? 401 

4 캐시 메모리를 통한 성능 향상 ? 403
 1 캐시 실패의 유형 ? 403
 2 유효 접근 시간 ? 404
 3 캐시 메모리의 성능 개선 ? 405
 4 블록 크기, 캐시 용량, 캐시 연관도 ? 406
 5 다단계 캐시와 분할 캐시 ? 408
요약 ? 409 
연습문제 ? 411


Chapter 12 가상기억장치 ? 413
1 가상기억장치의 개요 ? 415
 1 가상기억장치의 필요성 ? 415
 2 메모리 중첩 ? 416

2 가상기억장치와 주소 변환 ? 418
 1 가상기억장치의 의미 ? 418
 2 가상기억장치의 종류 ? 420
 3 가상기억장치의 구성과 관리 기법 ? 421
 4 주소 변환 ? 423
 5 가상 주소 캐시 ? 425

3 기본적인 주소 변환 기법 ? 427
 1 재배치 레지스터 방식 ? 427
 2 페이지 테이블 방식 ? 429
 3 세그먼트 테이블 방식 ? 432

4 향상된 주소 변환 기법 ? 435
 1 역방향 페이지 테이블 방식 ? 435
 2 변환 색인 버퍼 방식 ? 439
요약 ? 442 
연습문제 ? 444

Chapter 13 주변장치 ? 447
1 주변장치의 개요 ? 449
 1 주변장치 병목 현상 ? 449
 2 주변장치의 분류 ? 450
 3 성능 척도 ? 450

2 하드디스크 ? 452
 1 하드디스크의 기초 ? 452
 2 하드디스크의 논리적 구조와 데이터 구성 ? 453
 3 주소 지정 방식 ? 455
 4 하드디스크의 성능 ? 456

3 광학 디스크 ? 458
 1 광학 디스크의 기초 ? 458
 2 CD와 CD-ROM ? 459
 3 DVD와 BD ? 460

4 기타 주변장치 ? 462
 1 입력장치 ? 462
 2 출력장치 ? 464
 3 기타 저장장치 ? 466

5 RAID ? 469
 1 RAID의 의미와 분류 ? 469
 2 RAID 0 ? 470
 3 RAID 1 ? 471
 4 RAID 2 ? 471
 5 RAID 3 ? 472
 6 RAID 4 ? 473
 7 RAID 5 ? 473
 8 RAID 6 ? 474

6 입출력 시스템 ? 475
 1 입출력장치의 개요 ? 475
 2 IO 모듈 ? 476
 3 장치 구동기 ? 477

7 입출력장치의 주소 지정 ? 479
 1 메모리 사상 입출력 방식 ? 479
 2 분리형 입출력 방식 ? 480
요약 ? 482 
연습문제 ? 484


Chapter 14 데이터 전송 방식과 버스 구조 ? 487
1 데이터 전송 방식 ? 489
 1 프로그램 입출력 방식 ? 489
 2 인터럽트 구동 방식 ? 491
 3 직접 메모리 접근 방식 ? 493
 4 IO 채널 방식 ? 495

2 인터럽트 ? 497
 1 인터럽트의 종류 ? 497
 2 인터럽트의 우선순위 ? 498
 3 인터럽트의 처리 ? 499

3 버스의 개요 ? 501
 1 버스의 의미와 용어 ? 501
 2 버스에 의한 데이터 전송 과정 ? 502
 3 분리형 버스 트랜잭션 ? 503
 4 버스의 성능 향상 ? 504

4 버스의 분류 ? 505
 1 시스템버스와 IO버스 ? 505
 2 전용 버스와 다중화 버스 ? 506
 3 동기식 버스와 비동기식 버스 ? 507

5 버스 중재 ? 510
 1 버스 중재 방식의 개요 ? 510
 2 중앙 집중식 중재 방식 ? 512
 3 분산식 중재 방식 ? 513

6 IO버스 표준 ? 516
 1 PCI ? 516
 2 SATA ? 517
 3 SAS ? 518
 4 USB ? 518
 5 IEEE 1394 ? 519
요약 ? 520 
연습문제 ? 522



Chapter 15 병렬 처리 ? 525
1 병렬 처리의 개요 ? 527
 1 단 프로세서의 한계 ? 527
 2 병렬 처리와 요구 조건 ? 528
 3 컴퓨터 시스템의 분류 ? 529

2 SIMD 방식 병렬 처리 ? 532
 1 벡터 프로세서 ? 532
 2 GPU ? 534

3 다중 프로세서 시스템 ? 535
 1 다중 프로세서 시스템의 개요 ? 535
 2 UMA 구조와 NUMA 구조 ? 536
 3 멀티코어 ? 538

4 다중 컴퓨터 시스템 ? 540
 1 다중 컴퓨터 시스템의 개요 ? 540
 2 클러스터 ? 542

5 상호 연결망 구조 ? 545
 1 상호 연결망의 특징 ? 545
 2 정적 상호 연결망 ? 546
 3 동적 상호 연결망 ? 550
요약 ? 555 
연습문제 ? 557

참고자료 ? 560 
찾아보기 ? 561

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