운영체제 1강. 컴퓨터 시스템 개요

참고 : [Course] Operating System (CPA310) - 운영체제 강의

[ 운영체제 1강. 컴퓨터 시스템 개요 ]

HW : CPU, GPU, Memory, HDD/SDD, LAN..

OS ( Operating System, 운영체제 )

• HW (컴퓨터 시스템 자원)를 효율적으로 관리하여, 사용자/응용프로그램에게 서비스를 제공하는 역할을 한다

1. 컴퓨터 하드웨어

1. 프로세서 : 계산하는 장비
   • CPU, GPU, 응용 전용 처리장치 등
2. 메모리
   • 주 기억장치
   • 보조 기억장치
   • ex) DRAM, Disk..
3. 주변장치
   • 키보드,마우스
   • 모니터, 프린터
   • 네트워크 모뎀

2. 프로세서

컴퓨터의 두뇌 (중앙 처리 장치)

• 연산 수행
• 컴퓨터의 모든 장치의 동작 제어

CPU는 두 부분으로 구성

• 1) 데이터 부분
  • 연산 장치 & 레지스터
• 2) 제어 부분
  • 제어 장치

(1) 레지스터

• “프로세서 내부”에 있는 메모리

  ( 프로세서가 사용할 데이터 저장 )

• 가장 “빠른” 메모리

레지스터의 종류

• 1) 용도에 따른 분류 :
  • 전용 레지스터 / 범용 레지스터
• 2) 사용자가 정보 변경 가능 여부에 따른 분류
  • 사용자 가시/불가시 레지스터
• 3) 저장하는 정보 종류에 따른 분류
  • 데이터 / 주소 / 상태 레지스터

(2) 운영체제와 프로세스

운영체제는…

• 프로세서에서 처리할 작업 할당&관리 (3장)
• 프로그램의 프로세서 사용 제어
  • ex) 여러 프로그램 간 사용 시간 관리/중재

3. 메모리 (Memory)

메모리 : 데이터를 저장하는 장치 (기억 장치)

무엇을 저장?

• 프로그램, 사용자 데이터 등

메모리의 종류

( 1) fast/expensive/small <—-> 4) slow/cheap/big )

• 1) 레지스터
• 2) 캐시(Cache) ( 레지스터보다는 core에서 멀리 떨어짐)
• 3) 메인 메모리 ( ex. DRAM )
  • 프로세서가 직접 접근할 수 있는것은 1)~3) 까지
• 4) 보조 기억장치 ( ex. HDD )

(1) 주기억장치 ( Main memory )

• 프로세서가 수행할 프로그램&데이터 저장
• ex) DRAM : huge & cheap
• 디스크 입출력 병목현상 해소 (I/O bottleneck)
  • processor에서 disk 사이의 거리가 너무 멀어! 그 중간다리 역할
  • 그 중간인 “주 기억장치”에, 데이터를 미리 가져다 놓자!

(2) 캐시 ( Cache )

• Register와 마찬가지로, 프로세서 내부에 있는 메모리
  • L1,L2,L3 캐시
• 속도가 빠르지만, 비싸다
• 메인메모리 입출력 병목현상 해소 (I/O bottleneck)

캐시의 동작

• HW적으로 관리됨
• 캐시에 데이터가 있는지 여부에 따라…
  • 1) 캐시 히트 ( Cache hit ) : 필요한 데이터 블록이 “캐시 안에 존재 O”
    • 빠르게 가져올 수 있어!
  • 2) 캐시 미스 ( Cache miss ) : 필요한 데이터 블록이 “캐시 안에 존재 X”
    • 메인 메모리까지 가야!

캐시가 이러한 효과를 가져다 주는 이유는? 지역성

1. 공간적 지역성
   • 참조한 주소와 인접한 주소를 참조
2. 시간적 지역성
   • 한번 참조한 주소를, 곧 다시 참조

이러한 지역성이 캐시 적중률 (cache hit ratio)와 밀접!

(3) 보조 기억 장치

ex) HDD, USB, CD/DVD, SD카드…

프로세서가 직접 접근 불가 ( 주변 장치 )

• 주기억 장치를 거쳐서 접근 가능

Cheap & Big

(4) 메모리와 운영체제

운영체제는…

• 메모리를 할당/관리 한다
  • 프로그램의 요청에 따라 할당&회수
  • 할당된 메모리를 관리
• 가상 메모리 고나리
  • 가상 메모리 생성&관리
  • 논리 주소를 물리 주소로 변환

4. 시스템 버스

프로세스 & 메인메모리 & 주변장치에 대해 알아봤다.

이 들이 서로 통신을 하기 위해 필요!

이 물리적인 통로가 “시스템 버스” 이다

• 1) 데이터 버스
• 2) 주소 버스
• 3) 제어 버스

5. 주변 장치

프로세서 & 메모리 제외 HW

• 입력 장치 : 키보드/마우스/터치패드..
• 출력 장치 : 모니터/프린터/스피커…
• 저장 장치 : 보조 기억 장치

(1) 주변 장치와 운영 체제

• 장치 드라이버 관리
• Interrupt 처리
• 파일 & 디스크 관리