[스터디][운영체제] Chapter 02.컴퓨터의 구조와 성능 향상

01. 하드웨어의 구성

컴퓨터는 CPU, 메인메모리, 입력장치, 출력장치, 저장장치로 구성된다. 컴퓨터로 하는 작업은 대부분 CPU와 메인메모리의 협업으로 이루어지기 때문에 CPU와 메인메모리는 필수 장치로 분류되고 그 외의 부품은 주변장치라고 한다.

 

02. 폰노이만 구조

CPU, 메모리, 입출력장치, 저장장치가 버스로 연결되어있는 폰노이만 구조에서는 모든 프로그램이 메모리에 올라와야 실행이 가능하다.

 

03.  CPU

CPU는 명령어를 해석하여 실행하는 장치로 산술논리 연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성된다.

 

04. 메모리

메모리는 실행에 필요한 프로그램과 데이터를 저장하는 공간으로, 모든 프로그램은 메모리에 올라와야 실행할 수 있다. 메모리는 읽거나 쓸수 있는 램과 읽기만 가능한 롬으로 구분된다.

 

05. 부팅

컴퓨터를 켰을떄 운영체제를 메모리에 올리는 과정을 부팅이라고 한다. 사용자가 컴퓨터의 전원을 켜면 롬에 저장된 바이오스가 실행되어 하드웨어를 점검하고, 이상이 없으면 메모리에 부트스트랩 코드를 올려 실행한다. 부트스트랩 코드는 하드디스크에 저장된 운영체제를 메모리로 가져ㅑ와 실행함으로써 부팅을 마무리한다.

 

06. 버퍼

버퍼는 일정량의 데이터를 모아 옮김으로써 두 장치 사이에서 속도의 차이를 완화하는 역할을 한다.

 

07. 캐시

캐시는 메모리와 CPU 간의 속도차이를 완화하기 위해 데이터를 미리 가져와 저장해두는 임시 장소이다. 캐시는 사용할 것으로 예상되는 데이터를 미리 가져다놓음으로써 두 장치의 속도차이를 완화해준다.

 

08. 저장장치의 계층구조

저장장치의 계층구조는 속도가 빠르고 값이 비싼 저장장치를 CPU 가까운쪽에 두고, 값이 싸고 용량이 큰 장치를 반대쪽에 배치하여 적당한 가격으로 빠른 속도와 큰 용량을 동시에 얻는 방법이다.

 

09. 인터럽트

CPU는 입출력 관리자에게 작업지시를 내리고 다른 일을 하다가 완료 신호를 받으면 하던 일을 중단하고 옮겨진 데이터를 처리한다. 이떄 입출력 관리자가 CPU에 보내는 완료 신호를 인터럽트라고 한다. 인터럽트 방식은 CPU의 작업과 저장장치의 데이터 이동을 독립적으로 운영함으로써 시스템의 효율을 높인다.

 

10. 병렬처리

병렬처리는 동시에 여러개의 명령을 처리하여 작업의 능률을 올리는 방식을 말한다. CPU에서 명령어가 실행되는 과정은 일반적으로 4단계(명령어 패치, 명령어 해석, 실행, 쓰기)로 나뉘는데, 병렬처리 기법에서는 CPU의 사용을 극대화하기 위해 이러한 단계를 겹쳐서 실행한다.