운영체제 1. 컴퓨터 하드웨어

컴퓨터 하드웨어

1. overview

1-1. 프로세서(Processor)

• 프로세서는 쉽게 말해 계산하는 장치이다.
• CPU
• 그래픽카드(GPU)
• 응용 전용 처리장치 등

  1-2. 메모리(memory)

• 메모리는 쉽게 말해 저장하는 장치이다.
• 주 기억장치
• 보조 기억장치 등

  1-3. 주변장치

• 키보드/마우스
• 모니터, 프린터
• 네트워크 모뎀 등

2. 프로세서

2-1. 컴퓨터의 두뇌(중앙처리장치)

• 연산 수행
• 컴퓨터의 모든 장치의 동작 제어
  

2-2. 레지스터(Register)

프로세서(cpu) 내부에 있는 메모리

• 프로세서가 사용할 데이터 저장
• 컴퓨터에서 가장 빠른 메모리

레지스터의 종류

• 용도에 따른 분류
  • 전용 레지스터, 범용 레지스터
• 사용자가 정보 변경 가능 여부에 따른 분류
  • 사용자 가시 레지스터, 사용자 불가시 레지스터
• 저장하는 정보의 종류에 따른 분류
  • 데이터 레지스터, 주소 레지스터, 상태 레지스터
    
    
• 프로그램 카운터, 명령어 레지스터, 누산기는 교양 지식으로라도 알고 있자!

2-3 운영체제와 프로세서

운영체제는 프로세서가 처리할 작업을 할당 및 관리함.

• 프로세스(process) 생성 및 관리

  프로그램의 프로세서 사용 제어

• 프로그램의 프로세서 사용 시간 관리
• 복수 프로그램간 사용 시간 조율 등

3. 메모리

데이터를 저장하는 장치(기억장치)

• 프로그램(os, 사용자SW 등), 사용자 데이터 등

3-1. 메모리의 종류

• 레지스터
• 캐시
• 메인 메모리(주기억장치)
• 보조기억장치
  

3-1-1. 주기억장치(Main memory)

• 프로세서가 수행할 프로그램과 데이터 저장
• DRAM을 주로 사용
  • 용량 큼. 가격 저렴
• 디스크 입출력 병목현상(I/O bottleneck) 해소
  
• Main memory의 존재 이유:
  • 병목현상을 해결하기 위해.
  • 원랜 디스크와 프로세서만 있었는데 프로세서의 속도의 발전을 디스크가 따라가지 못하게 되면서 그 사이에 main memory를 두게 됨. 미리 퍼다놓고 더 빠르게 쓰기 위함.

3-1-2. 캐시(cache)

• 프로세서(cpu) 내부에 있는 메모리(L1, L2 캐시 등)

  • 속도 빠름. 가격 비쌈

• 메인 메모리의 병목현상(I/O bottleneck) 해소

• 메인 메모리를 뒀는데도 속도가 느려서 cpu와 main memory사이에 캐시를 둠.
  

• 캐시의 동작

  • 일반적으로 HW적으로 관리 됨.
  • 데이터를 캐시에서 먼저 확인. 있으면 바로 퍼가고, 없으면 메인메모리에 가서 가져옴.
  • 캐시 히트(cache hit)
    • 필요한 데이터 블록이 캐시에 존재
  • 캐시 미스(cache miss)
    • 필요한 데이터 블록이 없는 경우(메인 메모리에 가서 가져옴)
      

• 지역성(Locality)

  • 공간적 지역성
    • 참조한 주소와 인접한 주소를 참조하는 특성
      • 예) 순차적 프로그램 수행
  • 시간적 지역성
    • 한 번 참조한 주소를 곧 다시 참조하는 특성
      -예) for 문 등의 순환문
  • 지역성은 캐시 적중률(cache hit ratio)과 밀접
    • 알고리즘 성능 향상을 위한 중요한 요소 중 하나

      3-1-3. 보조기억 장치(Auxiliary memory / secondary memory / storage)

• 프로그램과 데이터를 저장

• 프로세서가 직접 접근할 수 없음(주변장치)

  • 주기억장치를 통해 접근
  • 프로그램/데이터 > 주기억장치) 인 경우는?
    • 가상 메모리(virtual memory)

• 용량이 큼. 가격 저렴.

• 예시) usb, cd, dvd등.

  3-2. 메모리와 운영체제

  1)운영체제는 메모리 할당 및 관리 역할을 함

• 프로그램의 요청에 따른 메모리 할당 및 회수

• 할당된 메모리 관리

2)운영체제는 가상 메모리 관리함.

• 가상 메모리 생성 및 관리
• 논리주소 -> 물리주소 변환

4. 시스템 버스(System Bus)

• 하드웨어들이 데이터 및 신호를 주고 받는 물리적인 통로
  
  

5. 주변장치

프로세서와 메모리를 제외한 하드웨어들

• 입력장치: 키보드, 마우스
• 출력장치: 모니터, 스피커, 프린터
• 저장장치: usb, cd

주변장치와 운영체제

운영체제는 장치 드라이버를 관리한다

• 주변 장치 사용을 위한 인터페이스 제공

  운영체제는 인터럽트(Interrupt)(=주변 장치의 요청) 처리한다.

• 주변 장치의 요청 처리

  파일 및 디스크 관리

• 파일 생성 및 삭제
• 디스크 공간 관리

출처: https://www.youtube.com/watch?v=EdTtGv9w2sA&list=PLBrGAFAIyf5rby7QylRc6JxU5lzQ9c4tN