Computer Science/Operating System
[Operating System] 컴퓨터의 요소
yuhee kim
2023. 1. 27. 21:10
컴퓨터의 요소
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
- 제어장치가 메모리, 레지스터에 계산할 값을 로드
- 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 ALU에 명령
- 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)