[운영체제] 컴퓨터의 요소

1. 컴퓨터의 요소

출처 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트

 

2. CPU(Central Processing Unit)

• 산술 논리 연산 장치, 제어 장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치
• 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행

출처 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트(길벗)

• 운영체제의 커널(관리자 역할) : 프로그램을 메모리에 올려 프로세스를 만드는 역할
• CPU(일꾼) : 메모리에 있는 프로세스를 처리하는 역할

 

 1) 산술 논리 연산 장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)

• 덧셈, 뺼셈 같은 두 숫자의 산술 연산과 배타적 논리합, 논리곱 같은 논리 연산을 계산하는 디지털 회로

 

 2) 제어장치(CU, Control Unit)

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

 

 3) 레지스터(Register)

• CPU 내부의 매우 빠른 임시 기억장치
• CPU와 직접 연결되어 있어서, 연산 속도가 메모리보다 수십 배에서 수백 배까지 빠름
• CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전

 

3. CPU의 연산 처리

출처 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트(길벗)

1. 제어장치가 메모리와 레지스터에 계산할 값을 로드
2. 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 산술 논리 연산 장치에 명령
3. 제어장치가 계산된 값을 다시 '레지스터에서 메모리로' 계산한 값을 저장

 

4. 인터럽트

• 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것

예시)
 - 키보드, 마우스 등 IO 디바이스로 인한 인터럽트
 - 0으로 숫자를 나누는 산술 연산에서의 인터럽트
 - 프로세스 오류 등

• 인터럽트가 발생되면 인터럽트 핸들러 함수가 모여 있는 인터럽트 멕터로 가서 인터럽트 핸들러 함수 실행
• 인터럽트 간에는 우선순위 존재하며, 우선순위에 따라 실행

인터럽트 핸들러 함수
 - 인터럽트가 발생했을 때 이를 핸들링하기 위한 함수.
 - 커널 내부의 IRQ를 통해 호출되며 request_irq()를 통해 인터럽트 핸들러 함수를 등록 가능

 1) 하드웨어 인터럽트

• 키보드를 연결한다거나 마우스를 연결하는 일 등의 IO 디바이스에서 발생하는 인터럽트를 의미
• 동작과정

1. 인터럽트 라인 설계
2. 순차적인 인터럽트 실행을 중지
3. 운영체제에 시스템콜을 요청
4. 원하는 디바이스로 향해 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근하여 일 수행

 

 2) 소프트웨어 인터럽트(Trap)

• 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 떄 발동

 

5. DMA 컨트롤러

• I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
• CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에 CPU 부하를 막아주며 CPU의 일을 부담하는 역할
• 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지

 

6. 메모리

• 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치
• RAM(Random Access Memory)을 일컬어 메모리라고 함

 

7. 타이머

• 몇 초 안에는 작업이 끝나야 한다는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할

 

8. 디바이스 컨트롤러(Device Controller)

• 컴퓨터와 연결되어 있는 IO 디바이스들의 작은 CPU
• 작은 CPU 옆에 붙어 있는 로컬 버퍼는 각 디바이스에서 데이터를 임시로 저장하기 위한 작은 메모리