1. 컴퓨터 시스템 개요

컴퓨터 하드웨어

1. 프로세서

운영체제는 프로세서에게 처리할 작업을 할당한다. Process 생성을 관리하고 프로세서 사용 시간을 적절하게 제어한다.

프로세서는 연산을 수행하고, 동작을 제어하는 하드웨어이다. 크게 CPU, GPU가 존재한다.

이미지와 같은 구조로 프로세서가 작동한다.

제어와 연산의 작동을 위해 핵심적인 역할을 수행하는 것이 바로 레지스터이다.

레지스터란?

레지스터란 프로세서 내부에 있는 메모리로 프로세서가 사용할 데이터를 저장한다. 컴퓨터에서 가장 빠른 메모리라고 보면된다.
용도에 따라 전용, 범용 레지스터로 구분되고 레지스터 종류에 따라 수행하는 역할이 모두 다르다.

2. 메모리

주 기억장치(DRAM), 보조 기억장치(DISK)를 주로 메모리라고 칭한다. 데이터를 저장하는 장치이며 여기서 데이터는 프로그램(OS, SW), 사용자 데이터를 칭한다.

메모리의 종류

주 기억장치

주기억장치는 프로세서가 수행할 프로그램과 데이터를 저장할 수 있는 위치이다. 주로 저장용량이 크고 가격이 저렴한 DRAM을 사용한다. 그런데, 직접 Disk에 접근하지 않고 주 기억장치를 사용하는 이유는 무엇일까?

CPU와 DISK의 속도 갭이 굉장히 크다.

위 그래프에서 확인할 수 있듯, CPU와 DISK 속도 갭이 굉장히 크기 때문에, 이 Gap을 해소하지 않으면 성능상 이슈가 발생될 수 밖에 없다. 따라서 이 간격을 극복할 수 있도록 중간 지점에 주 기억장치 를 넣고 프로세서가 사용할 데이터를 해당 위치에 저장해둔다. 즉, 메인 메모리를 통해 DISK I/O에 대한 병목현상을 해결하는 것이다.

또 하나의 의문이 생긴다. DISK의 크기는 메인 메모리보다 크다. 게다가 프로세서는 DISK에 직접 접근이 불가하기 때문에 DISK의 데이터는 메인메모리에 저장되어 사용된다. 과연 어떻게 DISK의 데이터가 메인 메모리에 저장될 수 있을까? 이는 Virtual Machine 덕분이다.

캐시

프로세서 내부의 메모리로 속도가 빠르고, 가격이 비싸다. L1, L2가 존재하고 레지스터보다 코어에서 멀리 떨어져있다.

캐시 히트일 경우 캐시에서 바로 데이터를 가져오고, 캐시 미스 일 경우 메인 메모리에 방문하여 해당 위치의 데이터 블록을 가져온다. 데이터 블록을 가져올 때 캐시만의 독특한 특성이 있는데, 이것을 지역성 이라고 칭한다.

지역성은 공간적, 시간적 지역성으로 나뉜다.

• 공간적 지역성 : 참조한 주소와 인접한 캐시블록을 모두 참조하여 가져온다. 순차적 프로그램을 수행할 때 매번 메인메모리에 방문하지 않고 캐시된 캐시 블록을 사용할 수 있다.
• 시간적 지역성 : 한 번 참조하면 해당 주소를 다시 캐싱할 수 있다.

3. 주변 장치

인터페이스라고 칭하는 장치들이다. 입력장치인 키보드, 마우스 출력장치인 모니터 프린터가 대표적이다. 운영체제에서는 장치 드라이버로 이 장치들을 관리하고, 어떤 입력이 들어왔는지 구분하여 필요한 프로세스로 매핑해줄 수 있다.

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