Ch1 컴퓨터 시스템 기본
운영체제: 자원을 효율적으로 사용하고 시스템의 생산성을 향상시키고 사용자의 편의성을 증대하기위한 장치
목적
-throughput: 처리 능력을 향상하여 많은 시간에 해야할 일을 최대한한다
-turn-around time: 응답시간=반환시간
시스템 이용시 일정 시간동안 컴퓨터를 실제로 사용한 시간
-availability: 편리성 제공: os는 하드웨어와 소프트웨어를 편리하게 사용하라 수 있는 환경 제공
-reliability: 신뢰도: 시스템이 실패없이 주어진 문제를 얼마나 정확하게 해결하는가
-속도: nano,milli,micro,pico,fento,atto
*파일생성: 보조기억장치에 생성, 관리, 복구,공유, 정보교환, 논리적 파일 구조 제공(OS지원)
파일에 대한 정보: 파일 컨트롤 블록에 저장: os가 가용저장 컨트롤: 보조기억 장치에 저장:
다중처리와 분산처리
Multi processing, distributional processing
다른공간에 있는 장치와 어떻게 데이터를 처리할 것인가
01 컴퓨터 시스템 구성
최종사용자
응용 소프트웨어
시스템소프트웨어
운영체제
하드웨어 자원
소프트웨어: 프로그램+메뉴얼
응용 소프트웨어: 일반적인 도구를 제공하는 프로그램
ex) 게임, 워드
시스템 소프트웨어: 프로그래밍 환경을 제공하는 프로그램
ex) 컴파일러, 링커 등 운영체제에 포함된 모든 소프트웨어
운영체제: 하드웨어와 응용프로그램 사이에 위치하여 응용프로그램과 하드웨어를 쉽게 사용할 수 있게 해주고, 전체적인 시스템의 효율을 극대호하려고 하드웨어와 소프트웨어 자원을 관리하는 프로그램
하드웨어자원: cpu, 입출력,기억,주변 장치들
02 컴퓨터 하드웨어 기본 구성
하드웨어>os>user
중앙처리장치 cpu
CPU또는 프로세서; 프로그램 실행, 데이터 처리
-레지스터
-산술논리연산장치
-제어장치
마이크로프로세서: 개인용 컴퓨터에 사용하는 장치 집약 칩
마이크로컨트롤러
기억장치
주기억장치: 일시적 사용,고속, 가격 高 면적 多 , 용량 한계
보조저장장치: 2차 기억장치, 저속, 저장밀도 高 비용 少
액세스 방법
-
순차적 액세스
저장된 정보를 처음부터 순서대로 액세스 하는 방식 -
직접 액세스
액세스할 위치 근처로 직접 이동한 다음 순차적 검색을 통해 최종 위치에 도달하는 방식 -
임의 액세스
주소에 의해 직접 기억장소를 찾아 액세스하며 어떤 장소든 액세스 시간 = -
연관 액세스
저장된 내용의 특정 비트를 비교하여 일치하는 내용 액세스
제조 기술
- DRAM
기억 소자로 캐패시터 사용하여 재충전 필요, 밀도 高, 가격 낮아 용량이 큰 주기억 장치로 사용 - SRAM
기억 소자로 플립플롭을 이용하며 전원이 공급되는 동안에는 데이터 계속 유지 가능, 속도 高, 캐쉬로 사용
*플립플롭
한 비트를 저장하는 전자회로 의미, 0과 1 출력 값
계층적 기억장치 시스템
액세스 속도 증가할수록, 비트당 가격 높아진다
용량이 커질수록, 비트당 가격 낮아진다
용량 커질수록, 액세스 시간 길어진다
내부 기억장치로 갈수록 가격 높고 용량 감소하며 액세스 시간 짧고 cpu에의한 액세스 빈도는 높아진다
- 내부 기억장치
cpu가 직접 액세스 할 수 있는 기억장치
ex) cpu레지스터, 캐쉬,주기억장치, 디스크 캐쉬 - 외부 기억장치
cpu가 직접 액세스할 수 없고, 장치제억를 통해서만 액세스 할 수 있는 기억장치
ex)디스크 - 캐쉬
주기억장치 속도가 cpu보다 느려서 발생하는 성능저하를 줄이기위하여 cpu와 주기억장치 사ㅣ에 설치하는 고속의 반도체 기억 장치
주변장치
입출력 장치: I/O device
02 버스 (bus)
프로세서와 메모리 및 여러 입출력 장치 간 또는 주변 자치들을 서로 연결하여 정보를 주고받을 수 있게 해 주는 통로
- 내부 버스
내부 장치&내부 장치 +외부버스
컴퓨터 프로세서 내부에서 레지스터, 연산장치, 메모리와의 인터페이스 연결 담당: 시스템 인터페이스 회로를 통해 외부버스와 연결
-외부버스(=시스템버스)
외부장치&외부장치
프로세서와 메모리, 프로세서와 입출력장치, 입출력 장치와 입출력 장치 연결 담당
버스제어기 회로 존재
시스템 버스
cpu와 다른 시스템 요소들 사이에 정보 교환 으로
- 주소 버스
단방향 버스
cpu----주소---->기억장치, I/O장치
주소선의 수 = cpu와 접속 될 수 있는 최대 기억장치 용량 - 데이터 버스
양방향 버스
데이터버스는 cpu와 기억장치 혹은 입출력장치 사이에서 데이터를 전송하기 위한 신호 선들의 집합
데이터 선들의 수 -> cpu가 한번에 전송가능한 비트 수 결정-> 성능결정
폭이 32비트-> 데이터전송 한번에 32비트씩 가능 - 제어 버스
단방향 버스
cpu가 시스템 내 요소들의 동작을 제어하기 위한 신호선들의 집합
현재 수행중인 작업 상태를 다른장치에 알릴 때 사용
ex)기억장치 읽기/쓰기 신호
입출력장치 읽기/쓰기 신호
cpu <> 기억장치간 액세스
-
액세스= cpu가 기억장치 특정장소에 데이터를 저장하거나 데이터를 읽는 동작
-
기억 장치 쓰기 동작: CPU가 데이터를 저장할 기억 장소의 주소와 저장할 데이터를 동시에 보내면서 동시에 쓰기 신호 활성화
-
기억장치쓰기시간: CPU가 주소와 데이터를 보낸 순간부터 저장이 완료될 때까지의 시간
-
기억장치 읽기 동작: CPU가 기억 장치 주소를 보내면서 읽기 신호 활성화
CPU와 I/O장치의 접속
I/O장치 제어기
- 상태 레지스터:I/O장치의 현재상태를 나타내는 비트들을 저장한 레지스터: ACK
-데이터 레지스터: CPU와 I/O장치 간 이동되는 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터
CPU가 키보드로부터 데이터를 입력하는 과정
- CPU가 키보드제어기로부터 상태 레지스터 내용 읽으면 CPU는 상태 레지스터의 외부데이터 적재 표시 담당 비트가 1로 세트되었는지 검사, x: 두번째 과정 반복하며 대기, o:데이터 레지스터 내용 읽어옴
2.3 컴퓨터 시스템의 동작
CPU기능
- 명령어 인출: 기억장치로부터 명령어 읽어옴
- 명령어 해독: 수행 동작을 결정하기 위해 인출된 명령어 해독
- 데이터 인출: 명령어 실행을 위해 데이터가 필요한 경우 기억장치 또는 입출력 장치로부터 데이터 읽어옴
-데이터 처리: 산술논리연산- 데이터 저장
cpu 내부 구조
- Register기억:cpu내의 임시기억장치
- ALU연산
- BUS전달= 내부: cpu내 연산장치
=외부: cpu와 외부 장치(주기억, 보조기억장치,i/o장치) - 레지스터 세트
- PC(Program Control)
다음 인출할 명령어 주소를 가지고 있는 레지스터, 명령어 인출 후에는 일정 크기만큼 증가 ㅏ분기 명령어 실행시 목적지 주소로 갱신 - 누산기: 데이터 일시 저장
- 명령어 레지스터(IR): 가장 최근 인출된 명령어 코드가 저장된 레지스터
- 기억 장치 버퍼 레지스터(MBR): PC에 저장된 명령어 주소가 바로 시스템 주소 버스로 출력되기 전에 일시적으로 저장 되는 주소 레지스터(PC>MAR>주소BUS)
- 기억장치 주소 레지스터(MAR): 기억 장치에 쓰여지거나 읽혀진 데이터를 일시적으로 저장하는 버퍼 레지스터 -제어장치
Micro operation으로 한다
c언어 컴파일, 링크 -> 기계어: 컴퓨터 수행 가능 상태
opcode/operand
micro operation 특수 동작 과정 major state
major state
-fetch
-execute
-indirect 주소를 주기억장치에 한번 더 읽게 하는 것
-interrupt 버퍼 오버플로우, 강제중지, 재시작
-내부CPU버스
명령어실행
연산코드 ; cpu가 수행할 연산 지정하고,오퍼랜드는 명령어 실행에 필요한 데이터가 저장된 주소 지정
페치: 명령어 읽어서 수행 준비
- PC(Program Control)
Execute
-MAR<-MBR(처리할 주소 기억)
-Mbr<-MAR(버퍼 레지스터; 처리할 메모리 기억)
-Ac누산기: 연산결과저장
Interrupt인터럽트 해들링(원인 판별)
MBR<-pc<-x
MAR<-PC<-PC1
MAR<-MBR<-IEN복귀주소 저장
1. Handling원인판별)
2. Service 각 인터럽트 저장
3. 복귀
PSWR 상태 저장
운영체제의 목적
-처리능력향상: 단위시간 내에 처리할 수 있는 일의 양
-응답시간최소화: 응답시간수치가 낮을수록 성능 높음
내일 운영체제 구성과 기능, 역할, 발달과정 정리함
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