운영체제 - 01. 컴퓨터 시스템의 이해

이 글은 한국기술대학교 컴퓨터공학부의 OS 공개강의를 시청한 후 정리한 내용입니다.

이번 장에서 배울 OS의 역할

• 하드웨어를 효율적으로 관리하며 인터페이스를 제공한다.
• 컴퓨팅 자원을 관리한다.

하드웨어의 종류

• 프로세서
  • CPU, 그래픽카드
  • 전용 처리장치
• 메모리
  • 주 - 보조기억장치
• 주변장치
  • 마우스, 키보드, 프린터 등

1. 프로세서

•  뭔가를 계산하는 녀석. 컴퓨터와 함께하는 모든 장치의 동작을 제어한다.

1. 1. 레지스터

프로세서 내부에 있는 메모리로, 컴퓨터에서 가장 빠르다.

종류 (그냥 이런게 나뉜다 정도로만)

• 용도에 따라
  • 전용 레지스터, 범용 레지스터
• 사용자의 정보 변경 가능여부에 따라
  • 사용자 가시 레지스터(데이터, 주소 레지스터), 사용자 불가시 레지스터(PC, IR, ACC)
• 저장하려는 정보에 따라
  • 데이터 레지스터, 주소 레지스터, 상태 레지스터

레지스터 삼신기 (못해도 얘네는 알아야함)

• PC (프로그램 카운터) - 다음에 실행할 명령어를 저장해둔다.
• IR (명령어 레지스터) - 현재 실행할 명령어를 저장해둔다.
• ACC (누산기) - 데이터를 일시적으로 보관한다.

2. 메모리

• 주 기억장치 - RAM : 프로세서가 실행할 프로그램과 데이터 저장
  • 디스크 입출력 병목현상 해소에 사용 => 보조기억장치는 엄청 느림.
  • 보조기억장치와 프로세서 사이에서 열심히 데이터를 실어나름
• 보조 기억장치 - SSD, HDD : 말 그대로 보조

Q. 아니 근데 RAM은 많아봐야 수십기가인데 어떻게 데이터를 다 저장하냐?

A. 보조기억장치를 가상 메모리로 구현하여 주기억장치처럼 관리할 수 있음. (물론 속도는 RAM이 더 빠름)

2. 1. 캐시 메모리

• 빠름. 다만 매우 비쌈.
• 프로세서 내부에 존재하며, 메인 메모리의 입출력 병목현상 해소에 사용함.

저 프로세서 - 주기억장치 사이 처리속도 갭을 캐시가 메워줌

2. 2. 캐시 히트 / 캐시 미스

자주 접근하는 데이터를 캐시에 올려놓고 사용하는데, 찾는 데이터가 캐시에 없으면 시간상 오히려 손해를 보게 됨.

• 찾는 데이터가 캐시에 존재할 때 => 캐시 히트
• 데이터가 캐시에 존재하지 않을때 => 캐시 미스

Q. 그럼 캐시 미스가 더 많이 터지면 캐시는 없는 것보다 못하지 않냐?

A. 노노, "지역성" 이라는 성질로 인해 거의 언제나 캐시 히트의 이익을 보게 됨. 

 

지역성 - 공간적(Spatial) 지역성 & 시간적(Temporal) 지역성

• 공간적 지역성 : 참조한 주소와 인접한 주소를 참조하려는 특성
• 시간적 지역성 : 한번 참조한 데이터를 곧 다시 참조하는 특성

지역성 개념은 이해 안되어도 그냥 이 둘이 있구나~ / 다만 캐시 히트와 밀접한 관련이 있다는 사실만 알아두기

3. 시스템 버스

• 하드웨어들이 데이터 및 신호를 주고받는 물리적 통로

[하드웨어]

프로세서, 메인 메모리, 주변장치

 

[통로]

주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스