기초 개념) 컴퓨터 구조와 운영체제

동동주·2025년 7월 31일

같이 스터디하는 팀원이 기초 강의로 좋다고 하여!
빠르게 듣게 되었다 아래는 강의를 들으면서 메모 겸 적은 내용이다.

강의 링크: 컴퓨터 구조와 운영체제 50분만에 핵심 개념 정복하기

컴퓨터 구조를 알아야 하는 이유

프로그래밍 언어뿐 아니라 컴퓨터의 근간을 알아야한다.

1. 문제 해결 능력

코드를 동일하게 작성해도 동작하지 않는 경우가 있다. -> 생각보다 아주 많다!
컴퓨터를 미지의 대상에서 분석의 대상으로 바라볼 수 있음

2. 성능, 용량, 비용

aws를 쓰더라도 이를 고려하는 걸 피할 수 없다.

컴퓨터 구조의 큰 그림

컴퓨터가 이해하는 두 가지 정보: 데이터(정적인 정보), 명령어

컴퓨터는 결국 명령어를 처리하는 기계

컴퓨터의 네 가지 핵심 부품

CPU, 메모리(RAM), 보조기억장치, 입출력장치

1. 메모리

메모리는 현재 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장하는 부품

메모리를 어디에 저장했다는 위치 정보 -> n번지

메모리는 실행되는 프로그램의 명령어와 데이터를 저장한다.
프로그램이 실행되려면 메모리에 저장되어 있어야 한다.
메모리에 저장된 값의 위치는 주소로 알 수 있다.

2. CPU

CPU는 메모리에 저장된 명령어를 읽어 들이고, 해석하고, 실행하는 부품

CPU 내부구성

1) ALU: 계산기
2) 레지스터: CPU 내부에 있는 작은 저장장치
3) 제어장치: 제어 신호를 내보내고, 명령어를 해석하는 장치
- 제어 신호: 컴퓨터 부품들을 관리하고 작동시키기 위한 전기 신호 (메모리 읽기 신호, 메모리 쓰기 신호...)

동작 과정

다음 단계에서 220을 5번지에 저장하게 됨

3. 보조기억장치

메모리: 전원이 꺼지면 저장된 내용을 잃고, 비쌈
보조기억장치는 전원이 꺼져도 보관될 프로그램을 저장하는 부품, 메모리보다 가격도 저렴하고 용량도 크다.

4. 입출력장치

입출력장치는 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환할 수 있는 부품
(모니터, 키보드, 마우스)

이 넷은 어떻게 연결된 건가

메인보드 & (시스템) 버스로!

메인보드에 연결된 부품은 버스를 통해 정보를 주고 받음
버스는 컴퓨터의 부품끼리 정보를 주고받는 일종의 통로
다양한 종류의 버스가 있음
컴퓨터의 핵심 부품을 연결하는 버스는 시스템 버스

시스템 버스의 내부 구성

주소 버스: 주소를 주고받는 통로
데이터 버스: 명령어와 데이터를 주고받는 통로
제어 버스: 제어 신호를 주고받는 통로

메모리 읽기

메모리 쓰기

운영체제

Windows, android, Macos..

(시스템) 자원

프로그램이 실행되기 위해 마땅히 필요한 요소
컴퓨터의 네 가지 핵심 부품 포함

운영체제

자원을 관리하는 특별한 프로그램
실행중인 프로그램을 관리하는 특별한 프로그램

여기서 실행중인 프로그램이란? 프로세스

응용 프로그램: 웹브라우저, 메모장 등

🧠 누가 사용자 영역에 프로그램을 적재했을까?

-> 메모리의 운영체제죠 (자원관리 - 메모리관리)

운영체제의 크기보다 적재할 프로세스의 크기가 훨씬 크다면? 페이징과 스와핑 방식을 이용한다. (추가 심화 학습이 필요해보임)

🧠 우리는 보통 여러 프로그램을 동시에 실행한다.
-> 여러 개의 프로그램이 아주 빠르게 번갈아 가면서 실행된다.
그럼 어떤 프로세스를 먼저, 얼마나 오래 실행할까? CPU를 누구에게 먼저 할당해줄지
=> 이걸 하는게 운영체제다. 바로 운영체제의 자원(CPU) 관리

🧠 많은 프로그램들이 동시에 실행될 때, 누가 일목요연하게 실행을 관리해주지?
-> 운영체제의 프로세스 관리
-> 운영체제의 동기화 (ex. 프로그램 A보다 B가 무조건 먼저 실행되어야 해!!)

🧠 수많은 프로세스들이 자원에 마구 직접 접근해도 괜찮을까?
-> YES, 왜냐면 운영체제가 관리
-> 운영체제가 문지기 역할(시스템 호출)을 통한 자원을 보호함