🌑논리 회로

• Boolean algebra(불대수)를 이용하여 1개 이상의 논리 입력을 일정한 논리 연산에 의해 1개의 논리 출력을 얻는 회로
• 전자 회로(electronic circuit)의 구성 요소들을 이용하여 만든 논리 게이트(NAND, NOR, NOT 등)를 이용해 원하는 동작을 구현하는, 현대의 디지털 시대를 이끈 학문
  -> 모여서 전자기기 등 다른 더 복잡한 전기 회로들을 구성하는 가장 기초적인 회로

🌒boolean algebra(불 대수, 부울 대수)

• 논리적인 상관관계를 주로 다루며, 0(거짓)과 1(참)의 2가지 값만을 처리한다.
• 이것은 컴퓨터 시스템의 전기적인 논리회로의 상태와 대응되는 성질을 가지며 이에 대한 이론은 오늘날 컴퓨터 하드웨어의 기초를 이루고 있다.
  -논리회로를 설계할 때 복잡성과 비용을 줄이기위해 간소화를 시켜줘야 하는데 그중 Boolean algebra와 Karnaugh map으로 간소화를 시킨다.

-불 대수는 기본 연산으로서 논리곱(AND), 논리합(OR), 논리 부정(NOT), 배타적 논리합(XOR)의 4가지 연산을 가지고 교환법칙, 결합법칙, 분배법칙이 제공되고 성립한다.

🌓논리회로 종류

논리 회로에서는 게이트를 아주 많이 연결하여 컴퓨터의 회로를 만들게 되는데, 이때 게이트를 이용하여 회로를 만드는 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있다.

조합논리회로(Combinational Logic Circuit)

• 기억장치가 없고, 외부의 입력만을 사용하여 출력을 만들어내는 논리 회로
• 참과 거짓을 이용한 연역적 추론을 도와줄 논리 연산
• 입력값만으로 출력값이 결정되는 회로

순서논리회로(Sequential Logic Circuit)

• 기억장치가 있어서 내부적으로 특정한 상태를 가질 수 있고 외부입력과 내부상태를 모두 사용하여 출력을 만들어내는 회로이다.
• 컴퓨터의 CPU와 같이 기억장치를 사용하는 논리회로는 전부 순서논리회로의 일종이라고 생각하면 된다.
• 입력값과 회로 내부의 상태가 출력값을 결정하는 회로

🌔비트 연산자 시프트 연산자

시프트 연산자(Shift Operator)

🌕기계어

• 컴퓨터 내부에서 수행되는 "기계어"는 2진수 형태
• 고급 프로그래밍 언어(High-Level) -> 사람에게 적합한 언어
• 기계어 -> 컴퓨터에게 적합한 언어
  컴퓨터가 별다른 번역 없이 바로 사용할 수 있어서 빠르지만 사람이 이해할 수 없어 기계어로 코드를 작성하는 경우는 거의 없습니다.

Q. 기계어가 컴퓨터에게 적합한 언어라면 기계어의 밑에는 무엇이 있을까?
A. 하드웨어 - 하드웨어 위에서 기계어가 수행

기계어
⬇️
논리 회로 레벨
⬇️
전자 소자 레벨, 소재 레벨 (컴퓨터 소자 제작에 해당)

전기 신호의 전압을 이용해 전압이 5V이면 1, 전압이 0V이면 0으로 표현하면, 전기신호로 0과 1이 표현 가능하다. 컴퓨터에서 전기 신호에 따라 가장 기본적인 연산을 하는 전자소자를 "게이트"라고 하고 게이트는 하나 이상의 입력을 받아 하나 이상의 출력 신호를 생성한다. 게이트가 모여 회로를 이루며, 회로가 모여 컴퓨터가 완성된다.

게이트 ➡️ 회로 ➡️ 컴퓨터

게이트

• 논리 회로를 만드는데 사용되는 기본 소자가 바로 "게이트"
  <게이트의 논리연산자>
  AND 연산자 : 조건이 모두 참이어야 참을 반환한다.
  OR 연산자 : 조건 중에서 하나라도 참이면 참을 반환한다.
  NOT 연산자 : 조건의 결과가 참이면 거짓을, 거짓이면 참을 반환한다.
  XOR 연산자 : 두 조건이 서로 다르면 참을 반환한다.
  NAND 연산자 : AND연산자와 NOT연산자를 결합한 것으로, AND연산자의 연산 결과를 부정한다.
  MOR 연산자 : OR 연산자와 NOT 연산자를 결합한 것으로, OR 연산자의 연산 결과를 부정한다.

🌖하드웨어

중앙처리장치(CPU, Central Processing Unit)

컴퓨터의 두뇌에 해당하는 장치 = 즉 시스템 전체를 제어하는 장치로서 입력장치에서 데이터를 입력 받아 처리한 후 출력장치와 기억장치로 데이터를 보낸다.

산술,논리 연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)

CPU의 핵심 요소로써 산술 연산과 논리 연산을 수행한다.
산술 연산은 주로 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 사칙연산
논리 연산은 참과 거짓을 판결하는 연산으로 대표적으로 AND, OR, NOT, X-OR 등의 연산

제어장치(Control Device)

CPU 내부에서 일어나는 모든 작업을 통제하고 관리한다.
적절한 순서로 명령어를 인출하고 그 명령어를 해석한 결과에 따라 컴퓨터 시스템의 필요한 부분으로 제어신호를 전달

기억장치(Memory Device)

기억장치는 내부 기억장치와 외부 기억장치로 나눌 수 있다.
ICPU 내의 레지스터와 캐시기억장치, 주기억장치는 내부 기억장치에 속한다.
보조기억장치(하드 디스크, 플로피 디스크, CD-ROM, DVE)

주기억장치(Main Memory)

컴퓨터 시스템에서 수행되고 있는 프로그램과 수행에 필요한 데이터를 기억하고 있는 장치 CPU에 접근 속도가 빠르며 많은 양의 데이터를 기억할 수 있다.
ex) RAM(Random Access Memory)

보조기억장치(Secondary Memory)

외부 기억장치라고도 하며 반영구적으로 데이터를 저장하고 보존할 수 있다.
보조기억장치에 저장된 데이터는 중앙처리장치와 직접 정보를 교환할 수 없다. -> 주기억 장치로 옮겨진 후 처리 주기억장치에 비해 가격은 저렴하고 저장 용량 또한 크지만 속도가 느리다는 단점이 있다.
ex) 자기 테이프, 자기 디스크, 자기 드럼, 플로피 디스크, 하드 디스크, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리, 광 디스크 등

입력장치(Input Device)

컴퓨터에서 처리할 데이터와 정보를 외부에서 입력해주는 역할을 수행
처리하고자 하는 데이터를 제어장치의 명령에 따라 입력매체에서 읽어서 기억장치로 보낸다.

출력장치(Output Device)

컴퓨터 내부에서 처리된 결과를 사용자가 보거나 들을 수 있도록 출력매체를 이용해서 내보낸다.

🌗?

하드웨어는 물리적인 실체를 가진 존재로 물리적 제약을 받는다. 하드웨어의 세부 부품들은 일정한 크기를 넘으면 사용하기 불편하고, 비용이 너무 많이 들면 소비자가 구매할 수 없다. 속도가 너무 느리면 작업하기 불편하고, 에너지 소모가 심하면 지구 환경에 나쁜 영향을 끼친다. 따라서 논리설계는 효율적이고 현실적으로 하드웨어를 설계하고 실행시키는 점에서 배움과 실천의 의의가 있다.

적당한 성능과 합리적인 가격, 감당할 수 있는 크기와 같은 현실의 조건을 모두 맞추기 위해 논리회로는 최적화를 시도한다. 이진법 수학을 이용한 불 대수, 논리식을 간단히 만들기 위해 진리표에서 얻어진 카르노 맵 모두 가능한 최소한의 게이트와 전선을 사용하도록 활용되는 기법이다.

현대에서 소프트웨어 전문가, 프로그래머 등 컴퓨터를 다루는 역할이 디지털 영역으로 확장되었다. 그러나 프로그래머는 소프트웨어는 하드웨어를 기반으로 이루어진 세계이며 하드웨어가 가진 물리적 한계는 존재한다는 사실을 기억해야 한다. 하드웨어의 물리적 제약에 대한 고민이 소프트웨어의 코드를 더욱 현실적이고 완성도 있게 만들어 줄 것이기 때문이다.

과제2 2^10
2^10 + 3^18

= ? 계산 가능한거 만들어오기이이이이이ㅣ

과제3 👻스케쥴링 기법 순서정하는 방법..?
기법 조사해오기 -> 나중에 구현해보기

<스케쥴링>
cpu(core)
글쓰기
⬇️
마시기
⬇️
글쓰기
⬇️
비닐
⬇️
마시기
⬇️
글쓰기

🌘스케줄링

• 프로세스가 생성되어 실행될 때 필요한 시스템의 여러 자원을 해당 프로세스에게 할당하는 작업
• 대기 시간은 최소화하고 최대한 공평하게 처리하는 것을 목적으로 함

스케줄링의 종류

• 선점(preemptive)스케줄링
• 비선점(non-preemptive)스케줄링

⭐선점 스케줄링

• 하나의 프로세스가 CPU를 차지하고 있을 때, 우선순위가 높은 다른 프로세스가 현재 프로세스를 중단시키고 CPU를 점유하는 스케줄링 방식
• 비교적 응답이 빠르다는 장점이 있지만, 처리 시간을 예측하기 힘들고 높은 우선순위 프로세스들이 계속 들어오는 경우 오버헤드 초래

라운드 로빈(Round Robin)

• 프로세스마다 같은 크기의 CPU 시간을 할당(시간 할당량 / Time Slice / Quantum)- 보통 1-~100ms 정도
• 프로세스가 할당된 시간 내에 처리완료 못하면 준비큐 리스트의 가장 뒤로 보내지고, CPU는 대기중인 다음 프로세스로 넘어감
• 균등한 CPU 점유 시간을 보장하며, 시분할 시스템에 사용

SRTF(Shortest Remaining Time First)

• 새로운 프로세스가 도착할 때 마다 새로운 스케쥬링이 이루어지는데, 현재 수행 중인 프로세승의 남은 burst time 보다 더 짧은 CPU burst time을 가지는 새로운 프로세스가 도착하면 CPU를 뺏긴다. 따라서 CPU 상용시간을 측정할 수가 없다는 문제점
• 가장 짧은 시간이 소요되는 프로세스를 먼저 수행
• 남은 시간이 더 짧다고 판단되는 프로세스가 준비 큐에 생기면 언제라도 프로세스가 점령됨

다단계 큐(Multi Level Queue)

• 작업들을 여러 종류 그룹으로 분할, 여러 개의 큐를 이용하여 상위 단계 작업이 선점
• 각 큐는 자신만의 독자적인 스케쥴링을 가짐

다단계 피드백 큐(Multi Level Feedback Queue)

• 입출력 위주와 CPU위주인 프로세스의 특성에 따라 큐마다 서로 다른 CPU 시간 할당량 부여
• FCFS와 라운드 로빈 기법혼합
• 새로운 프로세스는 높은 우선순위를 가지지만 프로세스의 실행 시간이 길어질 수록 점점 낮은 우선순위 큐로 이동하며, (이 때, 우선 순위가 낮을 수록 시간할당량을 크게 줌으로써 보완 가능
  ) 마지막 단계에서 FCFS방식을 적용
• 유연성 뛰어남, turnaround 시간과 response time에 최적화

⭐비선점 스케줄링

• 이미 할당된 CPU를 다른 프로세스가 강제로 빼앗아 사용할 수 없는 스케줄링 기법
• 프로세스가 CPU를 할당 받으면 해당 프로세스가 완료될 때까지 CPU를 사용하지 않음
• 실행 중인 프로세스가 자율적으로 CPU를 반납할 때 까지 CPU를 계속 점유하여 실행하는 운영체제 환경
• 입출력이 많은 계산 위주일 경우 규칙적으로 할당받을 수 있기에 응답시간이 나쁘지 않다

우선순위(Priority)

• 각 프로세스 별로 우선순위가 주어지고, 우선순위에 따라 CPU 할당
• 우선순위가 같을 경우 FCFS 적용
• 설정, 자원 상황등에 따른 우선순위를 선정해 주요/긴급 프로세스에 대한 우선처리 가능

기한부(Deadline)

• 작업들이 명시된 기간이나 기한 내에 완료되도록 계획

FCFS스케줄링(First Come First Serve Scheduling)

• 들어온 순서대로 처리
• CPU를 먼저 요청한 프로세스가 먼저 CPU를 배정 받는 스케줄링 방법
• 프로세스가 대기 큐에 도착한 순서에 따라 CPU 할당
  

SJF(Shortest Job First)

• 처리시간이 짧은 순서대로 처리
• 프로세스가 도착하는 시점에 따라 그 당시 가장 작은 서비스 기간을 갖는 프로세스가 종료 시 까지 선점
• 준비 큐 작업중 가장 짧은 작업부터 수행하므로 평균 대기시간 최소
• CPU 요구시간이 긴 작업과 짧은 작업간의 불평등이 심하여, CPU 요구시간이 긴 프로세스는 기아 현상발생

HRRF(Highest Response Ratio First)

• 대기 중인 프로세스 중 현재 Response Ratio가 가장 높은 것을 선택
• (Response Ratio = (대기시간 + 서비스시간)/서비스시간)
• 대기시간이 긴 프로세스일 경우 우선순위가 높아짐
• 긴 작업과 짧은 작업 간의 지나친 불평등을 해소할 수 있읍

🌙🌑🌒🌓🌔🌕🌖🌗🌘🌙

• 쉬프트연산, 비트 연산, 2의 보수