컴퓨터 시스템 구조
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디바이스 컨트롤러 : 각각의 I/O 디바이스는 각 디바이스를 전담 컨트롤하는 작은 cpu가 붙어있는데, 이를 디바이스 컨트롤러라고 한다. 디바이스 컨트롤러가 갖는 메모리 공간을
로컬 버퍼라고 한다. -
메모리 : cpu의 작업 공간. cpu는 매 클럭 사이클마다 메모리에서 기계어를 읽어서 실행한다.
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하드디스크 : 보조기억장치. I/O디바이스로도 볼 수 있음.
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cpu : 메모리의 인스트럭션을 읽어서 실행한다. 굉장히 빠른 일꾼이지만, 쉬지않고 일을 한다. 하나의 인스트럭션이 끝나면 인터럽트 라인을 체크한다. 인터럽트가 들어가면 메모리에게 우선권이 넘어간다.
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레지스터(registers) : cpu안에 있는 메모리보다 빠르고 정보를 저장할 수 있는 공간.
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인터럽트 라인(interrupt line) : cpu가 지속적으로 인스트럭션을 수행하는 도중에, 일을 다 끝냈는지 아닌지 cpu에게 알려준다.
모드 빗(mode bit)
- 모드 빗(mode bit) : cpu에서 활동하는 것이 사용자 프로그램인지 OS인지 구별.
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사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 인한 다른 프로그램과 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치
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Mode bit을 통해서 하드웨어적으로 2개의 operation을 지원한다.
1 사용자모드 : 사용자 프로그램을 수행
0 모니터모드 (커널모드, 시스템 모드) : OS코드 수행 -
보안을 해칠 수 있는 중요 명령어는 모니터 모드에서만 수행 가능한
특권명령으로 규정된다. -
인터럽트나 예외가 발생 시 하드웨어가 mode bit을 0으로 바꾼다.
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사용자 프로그램에게 CPU를 넘기기 전에 mode bit을 1로 세팅한다.
타이머(Timer)
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타이머
- 정해진 시간이 흐른 뒤 운영체제에게 제어권이 넘어가도록 인터럽트를 발생시킨다.
- 매 클럭 틱 때마다 1씩 감소한다.
- 타이머 값이 0이 된다면 타이머 인터럽트가 발생한다.
- CPU를 특정 프로그램의 독점으로부터 보호한다.
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time sharing구현이나 현재 시간 계산을 위해서도 사용된다.
Device Controller
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I/O device controller
- 해당 I/O장치유형을 관리하는 일종의 작은 CPU
- 제어 정보를 위해 control register, status register를 가진다.
- local buffer를 가진다 (일종의 data register).
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I/O는 실제 device와 local buffer사이에서 일어난다.
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Device controller는 I/O가 끝났을 경우에 interrupt로 CPU에게 그 사실을 알린다.
device driver (장치구동기) : OS코드 중 각 장치별 처리루틴 -> software
device controller (장치제어기) : 각 장치를 통제하는 일종의 작은 CPU -> hardware
입출력(I/O)의 수행
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모든 입출력 명령은 특권 명령(운영체제가 실행해야 함).
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사용자 프로그램은 어떻게 I/O를 하는가?
- 시스템 콜(system call) : 사용자 프로그램은 운영체제에게 I/O를 요청한다.
- TRAP을 사용하여 인터럽트 벡터의 특정 위치로 이동한다.
- 제어권이 인터럽트 벡터가 가리키는 인터럽트 서비스 루틴으로 이동한다.
- 올바른 I/O요청인지 확인 후 I/O 수행한다.
- I/O완료 시 제어권을 시스템콜 다음 명령으로 옮긴다.
인터럽트
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인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 저장한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다.
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현대의 운영체제는 인터럽트에 의해 구동된다.
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Interrupt (넓은 의미)
- Interrupt (하드웨어 인터럽트) : 하드웨어가 발생시킨 인터럽트
- System call : 프로그램이 커널 함수를 호출하는 경우
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관련 용어
- 인터럽트 벡터 : 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음
- 인터럽트 처리 루틴(인터럽트 서비스 루틴, 인터럽트 핸들러) : 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수
