[운영체제]01-01 컴퓨터 하드웨어의 구성

교재를 가지고 공부한 내용을 기록하는 글입니다.

[2021.06.20 공부]

 

Chapter01 컴퓨터 시스템의 소개

- 01 컴퓨터 하드웨어의 구성

 

운영체제 OS Operating System : 컴퓨터 하드웨어를 관리하는 소프트웨어

▶ 따라서 운영체제를 이해하기 위해서 먼저 하드웨어에 대해 공부한다.

 

 

 

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1. 컴퓨터 시스템

• 하드웨어 hardware : 데이터를 처리하는 물리적 기계 장치
• 소프트웨어 software : 어떤 작업을 지시하는 명령어로 작성한 프로그램

 

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2. 컴퓨터 하드웨어

컴퓨터 하드웨어는 프로세서, 메모리, 주변장치로 구성되어있으며, 이들은 시스템 버스로 연결한다.

 

컴퓨터 하드웨어의 구성

 

 

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2.1 프로세서

• 프로세서(CPU)는 컴퓨터 하드웨어에 부탁한 모든 장치의 동작을 제어하고 명령을 실행한다.
• 중앙처리장치CPU, Central Processing Unit 이라고도 하며, 프로세서라는 용어가 소프트웨어 관점이 더 강하다. 
• 프로세서는 레지스터, 연산장치, 제어장치로 구성되어있으며 이들은 내부 버스로 연결한다.

 

 

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2.1.1 레지스터

• 레지스터 register : 프로세서 내부에 위치한 고속 메모리
• 레지스터의 종류와 크기는 다양하며, 여러관점으로 구분할 수 있다. 예) 사용자 가시 레지스터 - 사용자 불가시 레지스터

 

사용자 가시 레지스터 user-visible register : 사용자가 정보를 변경할 수 있는 레지스터

종류	설명
데이터 레지스터 DR, Data Register	함수 연산에 필요한 데이터를 저장한다. 값, 문자 등 저장
주소 레지스터 AR, Address Register	주소나 유효 주소를 계산하는 데 필요한 주소의 일부분을 저장한다. 기준 주소 레지스터 : 프로그램을 실행할 때 사용하는 기준 주소 값을 저장. 페이지나 세그머느처럼 블록화된 정보에 접근하는데 사용한다. 인덱스 레지스터 : 유효 주소를 계산하는 데 사용하는 주소 정보를 저장한다. 스택 포인터 레지스터 : 메모리의 프로세서 스택을 구현하는 데 사용한다.

 

 

사용자 불가시 레지스터 user-invisible register : 사용자가 정보를 변경할 수 없는 레지스터. 프로세서의 상태와 제어 관리

종류	설명
프로그램 카운터 PC, Program Counter	다음에 실행할 명령어의 주소를 보관하는 레지스터이다.
명령어 레지스터 IR, Instruction Register	현재 실행하는 명령어를 보관하는 레지스터이다.
누산기 ACCC, ACCommulator	데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터이다.
메모리 주소 레지스터 MAR, Memory Address Register	프로세서가 참조하려는 데이터의 주소를 명시하여 메모리에 접근하는 버퍼 레지스터이다.
메모리 버퍼 레지스터 MBR, Memory Buffer Register	프로세서가 메모리를 읽거나 저장할 데이터 자체를 보관하는 버퍼 레지스터이다. 메모리 데이터 레지스터라고도 한다.

 

 

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2.2 메모리

•  메모리 계층 구조를 구성하여 비용, 속도, 용량, 접근시간 등을 상호 보완한다. → 시스템 성능 향상 목적

 

종류	설명
레지스터 register	프로세서 내부에 있으며, 프로세서가 사용한 데이터를 보관하는 고속 메모리이다.
캐시 cache	프로세서 내부나 외부에 있으며, 프로세스와 메인메모리의 속도차이를 보완하는 메모리이다. 메인 메모리에서 낮은 대역폭, 블록단위로 데이터를 가져와 프로세서에 높은 대역폭, 워드 단위로 전달하여 속도를 높인다. 캐시는 주소 영역을 한 번 읽어 들일 수 있는 크리고 나눈 후 각 블록에 번호를 부여하여 태그로 저장한다. 그리고 프로세서는 메인 메모리에 접근하기 전, 캐시에 해당 주소의 자료가 있는지 먼저 확인한다. 캐시의 성능은 프로세서가 참조할 정보가 얼마나 들어 있냐에 따른다.
메인 메모리 main memory	메인 메모리는 주 기억장치로, 프로세서 외부에 있으며 용량이 제한적이고 일시적으로 저장한다.  프로세서는 메인 메모리가 있어야 주변 장치에 접근이 가능하다. 따라서 프로그램을 실행하려면 데이터가 메인 메모리에 있어야 한다.  메인 메모리는 다수의 셀cell로 구성되며 셀은 비트로 구성된다. 또 셀은 주소로 참조한다.  - kbits 일 때, 셀에 2의 k제곱 값 저장O   - nbits 일 때, 주소 범위 0~2의 n제곱 - 1 논리적 주소                                        >>>                   물리적 주소 프로그래밍으로 생성된 가상 주소        매핑(컴파일)     메인 메모리에 있는 실제주소 메모리 속도 - 메모리 접근 시간과 메모리 사이클 시간으로 표현할 수 있다.   (보통 메모리 사이클 시간이 접근시간보다 약간 길다.) 메모리 접근 시간: 예) 읽기 제어 신호를 가한 후 데이터를 MBR에 저장할 때 까지 걸린 시간 메모리 사이클 시간: 예) 읽기 제어 신호를 가한 후 다음 읽기 제어 신호를 가할 수 있을 때까지 필요한 시간
보조기억장치	2차 기억장치 또는 외부 기억장치라고도 한다. 예) 자기디스크, 광디스크, 자기테이프 등

 

 

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2.3 주변 장치

• 주변장치는 프로세스와 메인 메모리를 제외한 나머지 하드웨어 구성요소이다. 단순히 입출력장치라고도 한다.
• 입력 장치 : 컴퓨터에서 처리할 데이터를 외부에서 입력하는 장치
• 출력장치 : 컴퓨터에서 처리한 데이터를 외부로 보내는 장치
• 저장장치 : 메인 메모리와 달리 거의 영구적으로 데이터를 저장하는 장치

 

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2.4 시스템 버스

• 하드웨어를 물리적으로 연결하여 서로 데이터를 주고 받은 수 있게 하는 통로이다.
• 컴퓨터 내부의 다양한 신호를 시스템 버스로 전달한다. 예) 데이터 입출력 신호, 프로세서 상태 신호 등

 

 

 

 

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공부 교재
그림으로 배우는 구조와 원리 운영체제 (개정3판)