컴퓨터 시스템 구조

• CPU는 매 clock cycle 마다 memory에서 instruction(기계어)를 읽어 실행한다.

  • I/O는 interrupt를 발생한다.
    • 사용자 프로그램이 timer 시간 동안 제어권을 갖고 있는 상태에서 interrupt가 발생하면 제어권을 I/O에 넘겨주게 된다.

• Mode bit

  • 사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치 필요
  • Mode bit을 통해 하드웨어적으로 두 가지 모드의 operation 지원
  • 0일 때(운영체제가 CPU에서 실행 중 일때)
    • 모니터 모드.(커널 모드)
    • 메모리, I/O Device를 접근하는 instruction도 실행 가능하다.
  • 1일 때(사용자 프로그램이 CPU를 가지고 있을 때)
    • 사용자 모드
    • 제한된 instruction만 CPU에서 사용할 수 있다.

• Timer

  • Timer
    • 정해진 시간이 흐른 뒤 운영체제에게 제어권이 넘어가지 않도록 인터럽트를 발생시킴
    • 타이머는 매 clock 마다 1씩 감소
      • 타이머 값이 0이 되면 타이머 인터럽트 발생
    • CPU 독점을 방지한다
  • time sharing을 구현하기 위함
  • 현재 시간을 계산하기 위해서 사용

• Device Controller

  • 해당 I/O 장치유형을 관리하는 일종의 작은 CPU
  • 제어 정보를 위해 control register, status register를 가진다.
  • local buffer를 가짐
  • I/O는 실제 device와 local buffer 사이에서 발생

• Device driver

  • software

• Interrupt

  • 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 save한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다

• Interrupt 관련 용어

  • 인터럽트 벡터
    • 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음
  • 인터럽트 처리 루틴
    • 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수(=interrupt Service Routine, 인터럽트 핸들러)

• 시스템콜(System Call)

  • 사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출하는 것

• 컴퓨터 시스템 구조

  • CPU
    • 아주 빠른 일꾼이라고 할 수 있다.

• 동기식 입출력과 비동기식 입출력

  • 동기식 입출력
    • I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감
    • 구현 방법 1
      • I/O가 끝날 때까지 CPU를 낭비
      • 매시점 하나의 I/O만 일어날 수 있다.
    • 구현 방법 2
      • I/O가 완료될 때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음
      • I/O 처리를 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움
      • 다른 프로그램에게 CPU를 줌
  • 비동기식 입출력
    • I/O가 시작된 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어감
  • 두 경우 모두 I/O의 완료는 인터럽트로 알려준다.

• DMA(Direct Memory Access)

  • 빠른 입출력 장치를 메모리에 가까운 속도로 처리하기 위함
  • CPU의 중재 없이 device controller가 device의 buffer storage의 내용을 메모리에 block단위로 직접 전송.
  • 바이트 단위가 아니라 block 단위로 인터럽트를 발생한다.

• 서로 다른 입출력 명령어

  1. Special instruction
  2. Memory Mapped I/O

• 저장장치

  • Speed
  • Cost
  • Volatility(휘발성)
    • 휘발성
      • 레지스터, 캐시메모리, 메인메모리
      • caching
        • 재사용을 목적으로 함.
    • 비휘발성
      • 하드디스크, Magnetic Tape

• 프로그램 실행

  • 가상 메모리를 사용

• 커널 주소 공간의 내용
  

• PCB
  - Process control block
  - 프로세스 마다 생성되어 관리하는데 사용된다.

• 사용자 프로그램이 사용하는 함수

  • 함수(function)
    • 프로세스의 Address Space
      • 사용자 정의 함수
        • 자신의 프로그램에서 정의
      • 라이브러리 함수
        • 자신의 프로그램에서 정의하지 않은 함수.
    • Kernel의 Address Space
      • 커널 함수
        • 운영체제 프로그램의 함수
        • 커널 함수의 호출 == 시스템 콜

  • 출처: http://www.kocw.or.kr/home/cview.do?mty=p&kemId=1046323