[Operating System] 컴퓨터의 요소

컴퓨터의 요소

출처 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트(2022)

컴퓨터는 CPU, DMA 컨트롤러, 메모리, 타이머, 디바이스 컨트롤러 등으로 이루어져 있다.

 

CPU(Central Processing Unit)

• 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치
• 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행
• 커널이 프로그램을 메모리에 올려 프로세스를 만들면 CPU가 이를 처리

 

제어장치(Control Unit, CU)

• 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품
• 입출력장치 간 통신을 제어
• 명령어들을 읽고 해석
• 데이터 처리를 위한 순서를 결정

 

레지스터

• CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치
• CPU와 직접 연결되어 있어 연산 속도가 메모리보다 수십 배 빠르다
• CPU가 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없어 레지스터를 거쳐 데이터를 전달

 

산술논리연산장치(Arithmetic Logic Unit, ALU)

• 덧셈, 뺄셈 같은 두 숫자의 산술 연산을 계산하는 디지털 회로
• 배타적 논리합, 논리곱 같은 논리 연산도 계산

 

CPU의 연산 처리

출처 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트(2022)

 

1. 제어장치가 메모리, 레지스터에 계산할 값을 로드
2. 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 ALU에 명령
3. 제어장치가 계산된 값을 다시 레지스터에서 메모리로 계산한 값을 저장

 

인터럽트

• 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것
• 키보드, 마우스 등 I/O 디바이스로 인해 발생
• 0으로 숫자를 나누는 산술 연산에서 발생
• 프로세스 오류로 인한 발생 등 다양한 이유로 발생 
• 인터럽트 간에는 우선순위 존재
• 우선순위에 따라 실행
• 하드웨어 인터럽트, 소프트웨어 인터럽트 두 가지 존재

인터럽트가 발생하면 인터럽트 핸들러 함수가 모여 있는 인터럽트 벡터로 가서 인터럽트 핸들러 함수가 실행된다.

*인터럽트 핸들러 함수 : 인터럽트가 발생했을 때 이를 핸들링하기 위한 함수, 커널 내부의 IRQ를 통해 호출

*IRQ : 인터럽트 요청(interrupt request)

 

하드웨어 인터럽트

키보드/마우스를 연결하는 것과 같은 I/O 디바이스에서 발생하는 인터럽트

순차적인 인터럽트를 중지하고 운영체제에 시스템콜을 요청해서 원하는 디바이스로 향해 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근하여 일을 수행

 

소프트웨어 인터럽트

트랩(trap)이라고도 한다

프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동

 

DMA 컨트롤러

• I/O 디바이스가 메모리에 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
• CPU에만 너무 많이 들어오는 인터럽트 요청으로 인한 CPU의 부하를 막아준다
• CPU의 일을 부담하는 보조 일꾼
• 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지

 

메모리

• 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치
• 보통 RAM(Random Access Memory)을 일컬어 메모리라 한다
• CPU는 계산을 담당, 메모리는 기억을 담당
• 메모리가 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있다

 

타이머

• 몇 초 안에는 작업이 끝나야 한다는 것을 정한다
• 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할
• 시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 때 제한을 걸기 위해 존재

 

디바이스 컨트롤러

• 컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU

 

 

참조

• 주홍철, 면접을 위한 CS 전공지식 노트, 길벗(2022)
• 조성호, 쉽게 배우는 운영체제, 한빛아카데미(2018)