컴퓨터 하드웨어의 구조는 CPU, GPU, memory,, HDD / SDD, LAN등이 있다.
하지만 위의 구성을 효율적으로 관리하기 위해서는 운영체제의 도움이 꼭 필요하다.
즉, 운영체제는 사용자와 하드웨어 사이에서 사용하기 쉽게 해주는 인터페이스의 역할을 하며, 하드웨어를 효율적으로 관리하며 사용자에게 서비스를 제공하는 역할을 한다.
1. 운영체제
운영체제
컴퓨팅 자원들을 효율적으로 관리해서 그것을 통해 사용자에게 서비스를 제공하는 소프트웨어 컴퓨터 하드웨어, 컴퓨터 시스템을 관리한다.
2. 컴퓨터 하드웨어
컴퓨터 하드웨어
프로세서, 메모리, 주변 장치로 구성되어 있다. 프로세서 : 계산하는 역할 (CPU/GPU그래픽카드/응용전용처리장치 등) 메모리 : 주 기억장치/ 보조 기억장치 등 (무언가를 저장하는 녀석) 주변장치 : 키보드/마우스, 모니터/프린터, 네트워크 모뎀 등 (그 외의 장치, 입/출력/네트워크 장치)
(1) 프로세서
프로세서
무언가를 계산하는 역할 연산수행 / 컴퓨터의 모든 장치 동작 제어
(2) 레지스터
레지스터
프로세서 내부에 있다는 특징이 있음 컴퓨터 시스템에는 다양한 메모리가 있는데 레지스터는 그 주엥서 가장 빠른 저장장치. CPU 안에 있다/ 가장 빠르다.
또한, 레지스터는 사용자 가시 / 불가시 레지스터라는 것도 있다. 가시 불가시
(3) 프로세서의 동작
위 사진을 이해하면 된다.
3. 운영체제와 프로세서
프로세서에게 처리할 작업 할당 및 관리하는 역할을 한다.
지금은 프로세스를 프로그램으로 이해해도 괜찮다.
여러 프로세스가 cpu를 사용하려고 할 때 관리해주는 역할도 한다.
4. 메모리
메모리
데이터를 저장하는 장치 (기억장치)
무엇을 저장할까? 프로그램이나 사용자의 데이터 등을 저장한다.
(1) 메모리의 종류
주기억장치 ( 메인 메모리 )
컴퓨터 메인보드에 꽂혀있는 메모리 프로세서가 무엇을 수행할 때, 메인 메모리 안에 들어가 있어야 한다. 프로세서 - 메인 메모리 - 디스크 발전속도의 차이 때문에 cpu와 disk의 갭을 메꾸어주고자 Main memory가 중간에 등장 성능, 디스크 입출력 병목현상을 해소하기 위해서 main memory가 존재한다.
캐시
레지스터처럼 cpu 안에 존재 레지스터는 Core에 더 가깝지만, 캐시는 Core보다는 조금 멀고 조금 더 느리다. Main Meory의 입출력 병목현상을 해소하기 위해서 캐시가 등장
캐시의 동작
우리가 직접 관리하지는 않으며 하드웨어/CPU가 알아서 관리한다. 데이터가 필요할 경우, 캐시가 없으면 바로 메인 메모리로 가지만, 캐시가 있다면 원하는 데이터가 있는지 물어본다. 캐시가 없다면 메인메모리로 가서 데이터를 가져와서 프로세스에게 전달한다.
캐시 히트(Cache hit) : 필요한 데이터 블록이 캐시 존재 캐시 미스(Cache miss) : 필요한 데이터 블록이 없는 경우
(2) 캐시와 지역성
만약에 128KB 밖에 없는데 과연 캐시 히트로 효과를 볼 수 있을까?
효과를 볼 수 있는 이유는 바로 지역성 때문이다.
- 공간적 지역성 참조한 주소와 인접한 주소를 참조하는 특성 ex) 순차적 프로그램 수행
(예. 순차적 프로그램 수행)
- 시간적 지역성 한 번 참조한 주소를 곧 다시 참조하는 특성 ex) for 문 등의 순환 문
(예. for문 등의 순환 문)
-> 지역성은 캐시 적중률과 밀접하다.
--> 알고리즘 성능 향상을 위한 중요한 요소 중 하나이다.
<< 캐시 지역성 부분은 참고 강의를 보면 된다 >>
4. 보조기억장치
보조기억장치
데이터를 저장하며, 프로세스가 직접 접근할 수 없어서(주변장치로 분류) 하드디스크 USB CD/DVD SD카드 용량이 크고 가격이 저렴
(1) 메모리 할당 및 관리
프로그램의 요청에 따른 메모리 할당 및 회수 할당된 메모리 관리
(2) 가상 메모리 관리
가상메모리 생성 및 관리 논리 주소 > 물리주소 변환
(3) 시스템 버스
하드웨어들이 데이터 및 신호를 주고 받는 물리적인 통로 버스는 정류장 있듯이 (프로세스/메인메모리/주변장치) 가 있다. 데이터버스/주소버스/제어버스 => 시스템 버스
