운영체제
Chapter 1.!
2015104124!
전자공학과!
진우빈!
컴퓨터란 무엇일까? 컴퓨터는 CPU, 메모리, 입출력 장치의 하드웨어와 어플리케이션 단의 소프트웨어가
결합한 것을 말한다. 따라서 PC, 노트북, 태블릿PC, 스마트폰, 서버 등등 모두 컴퓨터라고 말할 수 있다. 특
정 목적을 가지고 사용되는 컴퓨터를 우리는 임베디드 시스템이라고 부른다. (냉장고 스마트 TV) 이 컴퓨터가
유용하게 사용될 수 있게 개발자들은 운영체제라는 시스템을 개발하였는데 운영체제는 무엇일까?!
운영체제는 사용자가 컴퓨터를 사용할 때 하드웨어 자원을 낭비하지 않고 그 자원들을 유용하게 사용할 수
있게 도와주는 소프트웨어이다. 따라서 운영체제는 자원할당자 기능을 한다고 할 수 있다. 또한 운영체제는 어
떤 프로그램을 실행시킬 지 스케쥴링을 하며 각 프로세스의 진행을 관리한다. 즉, 운영체제는 하드웨어와 소프
트웨어 어플리케이션 단을 잇는 관리자로서의 기능을 한다고 말할 수 있다. !
운영체제를 잘 이해하기 위해서는 컴퓨터 하드웨어의 종류와 기능을 숙지하는 것이 중요하다. 따라서 1장 강
의에서는 하드웨어에 대해 자세하게 살펴보았다. !
컴퓨터 CPU에서는 특정 번지에 저장되어 있는 명령어를 읽어오고, 그 후 명령어를 실행한다. 그 후 pc를 1
증가시키며 반복한다. CPU가 할 수 있는 연산의 종류는 크게 4가지 종류가 있고, Arithmatic instruction,
logical instruction, branch instruction, data instruction 이 있다. CPU 안에 있는 저장공간을 레지스터
라고 하고 밖에 있는 저장공간을 메모리 라고 한다. 메모리, CPU, IO 는 모두 버스로 공유되며 CPU는 메모
리 저장공간에 있는 데이터를 CPU안의 레지스터로 불려 들어와서 일을 처리하는 것이다. !
CPU를 처음 설계할 때 명령어가 간단한 것과 복잡한 것으로 나누어서 설계를 할 수 있다. 간단한 것은
RISC, 복잡한 것은 CISC라고 한다. instruction set이 간단해지면 성능이 더 좋아진다. 왜냐하면 CPU가
더 빠른 클럭 속도 안에서 동작할 수 있기 때문이다. 또한 컴퓨터의 성능을 더 좋아지게 하기 위해서 Pipelining!
기법이 등장하였는데, Fetch, Decode, Execute, Writeback의 일련과정을 안끊기고 이어서 하는 것을 말
한다. 특정 시점에서 이 작업들을 안끊기고 이어서 진행해야 하므로 인스트럭션의 속도가 다 비슷해야 한다.
따라서 CISC에서 파이프라이닝을 더 수월하게 할 수 있는 것이다. !
메모리는 크게 RAM, ROM등이 있다. RAM은 read-only-memory로서 전원이 꺼지면 데이터가 사라지
는 휘발성의 성질을 갖고 있다. 그리고 RAM은 SRAM과 DRAM으로 나뉘는데 DRAM은 데이터에 대해 주
기적으로 refresh를 해줘야 하므로 성능은 SRAM에 비해 떨어지지만 값이싸고 대용량 제작이 가능하다.
SRAM은 전원이 공급만 돼있으면 계속 유지가 가능하므로 read, write 속도가 빠르다. 따라서 cache나 레
지스터에 사용이 된다. 보조기억장치로는 SSD와 HDD가 있으며 하드디스크와 SSD의 하드웨어 작동원리
를 잘 알아놓으면 운영체제의 메모리관리 시스템을 이해하기가 용이하다. 하드디스크는 섹터, 트랙, 플래터 등
으로 이루어져 있으며 3가지 operation에 의해 동작한다. 첫 번째로 원하는 트랙으로 이동하기(seek), 두 번
째로는 원하는 섹터가 돌아서 이동하는것(rotation) 마지막으로 전기적인 신호에 의해 data를 주고받는 것
(transfer) 이다.!
Cache는 하버드 아키텍쳐에서 대두되었다. 메인메모리와 CPU레지스터 사이의 저장장치로서 자주 사용되
는 메모리를 이 Cache메모리에 둠으로서 성능을 향상시킨 것이다. 또한 데이터와 인스트럭션을 따로 분리함
으로서 성능이 향상되었다.!
IO장치에 대해 살펴볼 때는 인터럽트에 대해 알아야한다. Polling 방식은 cpu가 직접 I/O 장치에 일이 다
끝났니 물어보는 방법이고, Hardware interrupt는 일이 다 끝났으면 I/O장치가 cpu에 알리는 것이다. 당연
히 후자의 방식이 더 성능이 좋다. I/O 방식에는 두가지 방식이 있는데 하나는 어플리케이션 프로그램에서 입
력을 받을 때 까지 대기하는 synchronous방식과, 운영체제한테 요청 후 다른일을 하다가 신호가 오면
application을 실행하는 Asynchronous방식이 있다. 인터럽트는 비동기 방식이다. Exception이란 CPU
가 자기 자신에게 인터럽트를 거는 행위를 말한다. 가령 나누기 0 같은 동작은 CPU에서 할 수 없으므로 운영
체제에 도움을 요청하는 것이다. Exception은 동기 방식이다.!
I/O장치가 버스를 거쳐서 CPU에 도달하는 방식이 아니라 직접 메모리를 사용하는 방식이 있는데 이를
DMA 방식이라고 한다.!
Hardware Protection에는 크게 3가지가 있다. I/O protection, Memory protection, CPU Protection
이다. 멀티프로그래밍 개념이 나옴으로서 운영체제가 등장하게 되었다. 어떤 프로그램을 수행할 지, 메모리를
얼마나 사용할 지에 대해 운영체제가 관리를 해줘야 하기 때문이다. 만일 메모리의 프로그램 중에서 하나의 프!
