[운영체제 - 김덕수 교수님] 운영체제 개요

운영체제 강의 보고 필기본 입니다.

• 컴퓨터에는 다양한 하드웨어가 있다.
• HW 를 사용하기 위해 OS가 있어야 효율적으로 관리할 수 있다.
• 서비스를 제공하는 역할을 한다.
  
  

하드웨어

프로세서(Processor)

• CPU
• GPU
• 응용 전용 처리 장치 등

메모리(Memory)

• 주 기억장치 - RAM
• 보조 기억 장치 - Disk

주변장치

• 키보드/ 마우스
• 프린터

레지스터

• 프로세서 내부에 있는 메모리
• 컴퓨터에서 가장 빠른 메모리
• 프로세서가 사용할 데이터 저장

레지스터 종류

• 용도에 따른 분류
  • 전용 레지스터, 범용 레지스터
• 변경 가능성
  • 사용자 가시 레지스터, 불가시 레지스터
• 저장하는 정보의 종류에 따른 분류
  • 데이터 레지스터, 주소 레지스터, 상태 레지스터

예시

• 프로그램 카운터
  • 다음에 실행할 명령의 메모리 상의 주소를 가지고 있는 레지스터
• 누산기
  • 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터
• 명령어 레지스터
  • 현재 실행하는 명령어를 보관하는 레지스터

프로세서의 동작

실제 계산을 할 땐 다양한 레지스터를 이용해 연산이 이루어진다.

• 운영 체제는 프로세서에게 명령을 할당하고, 자원을 관리하는 역할을 하게 된다.

• 프로그램의 프로세서 사용 제어

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메모리

• 데이터를 저장하는 장치( 기억장치)

• 프로그램(os, 사용자sw 등), 사용자 데이터 등

• 메모리의 종류

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메모리의 종류

• 주 기억장치(Main Memory)

• 프로세서가 수행할 프로그램과 데이터 저장

• DRAM을 주로 사용

- 용량이 크고, 가격이 저렴

• 디스크 입출력 병목현상(I/O bottlenck) 해소

• 캐시(Cache)

• 프로세서 내부에 있는 메모리(L1, L2캐시 등)

- 속도가 빠르고, 가격이 비쌈

• 메인 메모리의 입출력 병목현상 해소

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캐시의 동작

• 일반적으로 HW 적으로 관리됨

• 캐시 히드(Cache hit)

• 필요한 데이터 블록이 캐시 존재

• 캐시 미스(Cache miss)

• 필요한 데이터 블록이 없는 경우

지역성(Locality)

• 공간적 지역성(Spatial Locality)

• 참조한 주소와 인접한 주소를 참조하는 특성

- 예) 순차적 프로그램 수행, 배열 등 자료구조

• 시간적 지역성(Temporal Locality)

• 한 번 참조한 주소를 곧 다시 참조하는 특성

- 예) For 문 등의 순환 문

• 지역성은 캐시 적중률(cache hit ratio)과 밀접

• 알고리즘 성능 향상을 위한 중요한 요소 중 하나

• 캐시 라인 만큼 캐시 메모리에 등록 시켜놓는다.

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블록 사이즈 16이니까 마침, m 이 16이라고 한다면, a는 이중 배열인데, 배열의 메모리는 순차적으로 저장되는 특성이 있다.

B - 방식으로 저장

1. cpu 가 캐시에 a[0][0] 을 요청

2. 캐시 미스

3. 메모리에서 캐시에 저장 a[0][0~15]

4. cpu 가 캐시에 a[1][0] 을 요청

5. 캐시 미스

6. 메모리에서 캐시 저장 a[1][0~15]

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A 방식으로 저장

1. cpu 가 캐시에 a[0][0] 을 요청

2. 캐시 미스

3. 메모리에서 캐시에 저장 a[0][0~15]

4. cpu 가 캐시에 a[0][1] 을 요청

5. 캐시 히트

6. 총 15번 정도 더 캐시 히트가 일어날 것이다. 속도 향상

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메모리의 종류

• 보조 기억 장치

• 프로그램과 데이터를 저장

• 프로세서가 직접 접근 할 수 없음(주변장치)

• 프로그램/데이터 > 주기억 장치 인 경우는?

- 가상 메모리

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시스템 버스(System Bus)

• 하드웨어들이 데이터 및 신호를 주고 받는 물리적인 통로

• 데이터 버스

• 주소 버스

• 제어 버스

1. 프로그램 카운터에 담긴 다음 명령의 주소를 MAR(Memory Adress Register) 에 담아 주소 버스에 보낸다.
2. MAR에 저장된 주소에 해당하는 메모리 위치에서 명령어를 인출한 후 이 명령어를 MBR에 저장한다.
   1. 이 때 제어 장치는 메모리에 저장된 내용을 읽도록 제어 신호를 발생시킨다.
3. 다음 명령어를 인출하려고 PC를 증가시킨다.
4. MBR 에 저장된 내용을 IR에 전달한다.