운영체제 - Computer System Overview (컴퓨터 시스템 개요)

컴퓨터 시스템 개요

운영체제

→ 하드웨어(컴퓨팅 자원)를 효율적으로 관리해서 사용자에게 서비스를 제공하는 소프트웨어

컴퓨터 하드웨어

• 프로세서 - CPU, GPU, 응용 전용 처리장치 등
• 메모리 - 주 기억장치, 보조 기억장치 등
• 주변장치 - 키보드/마우스, 모니터, 프린터, 네트워크 모뎀 등

프로세서

→ 컴퓨터의 두뇌 (중앙처리장치)

• 연산 수행
• 컴퓨터의 모든 장치의 동작 제어

레지스터

→ 프로세서 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

 

ex) register int num 1 = 10; // 변수 num1은 CPU의 레지스터를 사용

반드시 레지스터에 잡힌다는 보장은 없음.

프로세서의 동작

운영체제와 프로세서

• 운영체제는 프로세서를 관리하는 역할을 포함함,

프로세서에게 처리할 작업 할당 및 관리

프로세스(Process) 생성 및 관리 (3장에서 배움)

• 프로그램의 프로세스 사용 제어

프로그램의 프로세서 사용 시간 관리

복수 프로그램간 사용 시간 조율 등

4~5장에서 배움

메모리

★ 데이터를 저장하는 장치 (기억장치)

• 프로그램(os, 사용자 sw 등), 사용자 데이터 등

★ 메모리의 종류

메모리의 종류

★ 주기억장치 (Main memory)

• 프로세서가 수행할 프로그램과 데이터 저장
• DRAM을 주로 사용

✓ 용량이 크고, 가격이 저렴

 

★ 캐시

• 프로세서 내부에 있는 메모리 (L1, L2 캐시 등)

✓ 속도가 빠르고, 가격이 비쌈

• 메인 메모리의 입출력 병목현상 해소

★ 캐시의 동작

• 일반적으로 HW적으로 관리 됨
• 캐시 히트 (Cache hit)

✓ 필요한 데이터 블록이 캐시 존재

• 캐시 미스 (Cache miss)

✓ 필요한 데이터 블록이 없는 경우

★ 지역성 (Locality)

• 공간적 지역성 (Spatial locality)

✓ 참조한 주소와 인접한 주소를 참조하는 특성

✓ 예) 순차적 프로그램 수행

• 시간적 지역성 (Temporal locality)

✓ 한번 참조한 주소를 곧 다시 참조하는 특성

✓ 예) For문 등의 순환문

• 지역성은 캐시 적중률(Cache hit rate)과 밀접

✓ 알고리즘 성능 향상 위한 중요한 요소 중 하나

 

cache에서 읽어올 때 필요한 정보 근처의 내용들도 가져옴

→ cache line(block)

cache hit rate를 고려하여 프로그래밍

메모리의 종류

★ 보조기억 장치

• 프로그램과 데이터를 저장
• 프로세서가 직접 접근할 수 없음 (주변장치)

✓ 주기억장치를 거쳐서 접근

✓ (프로그램/데이터 > 주기억장치)인 경우는?

✓ 가상메모리 → 하드디스크의 일부를 메모리처럼 사용

• 용량이 크고, 가격이 저렴

메모리와 운영체제

★ 메모리 할당 및 관리

• 프로그램의 요청에 따른 메모리 할당 및 회수
• 할당된 메모리 관리
• 7장

★ 가상 메모리 관리

• 가상메모리 생성 및 관리
• 논리주소 → 물리주소 변환
• 8장

시스템 버스 (System Bus)

• 하드웨어들이 데이터 및 신호를 주고 받는 물리적인 통로

 

주변장치

주변장치와 운영체제

• 장치드라이버 관리

✓ 주변 장치 사용을 위한 인터페이스 제공’

• 인터럽트(Interrupt) 처리

✓ 주변 장치의 요청 처리

✓ 3장

• 파일 및 디스크 관리

✓ 파일 생성 및 삭제

✓ 디스크 공간 관리 등

✓ 9~10장

 

출처 : 한기대 GOAT 교수님 https://www.youtube.com/watch?v=EdTtGv9w2sA