운영체제와 메모리

운영체제

• 컴퓨터 시스템의 자원들을 효율적으로 관리하며, 사용자가 컴퓨터를 편리하고, 효과적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 여러 프로그램의 모임

• 컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간의 인터페이스로서 동작하는 시스템 소프트웨어의 일종으로, 다른 응용프로그램이 유용한 작업을 할 수 있도록 환경을 제공

• 기능

  1. 프로세서, 기억장치, 입출력장치, 파일 및 정보 등의 자원을 관리

  2. 자원을 효율적으로 관리하기 위해 자원의 스케줄링 기능을 제공

  3. 사용자와 시스템간의 편리한 인터페이스를 제공

  4. 시스템의 각종 하드웨어와 네트워크를 관리, 제어

  5. 데이터를 관리하고, 데이터 및 자원의 공유 기능을 제공

  6. 시스템의 오류를 검사하고 복구

  7. 자원 보호 기능을 제공

  8. 입 출력에 대한 보조 기능을 제공

  9. 가상 계산기 능력을 제공

메모리 (Memory)

• 레지스터 = CPU
• 캐시메모리(SRAM), 메인 메모리(DRAM) = 주 기억장치
• 하드디스크(HDD) = 보조 기억장치

• 중앙 처리 장치 (CPU)

  • 컴퓨터의 두뇌로서, 모든 계산과 명령어 처리의 핵심 역할
    • 기억. 해석, 연산, 제어라는 4대 주요 기능 관할
  • 프로세서, 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 장치라고 불림
    -> 메모리 입장에서 보았을 때는 레지스터
  • 산술논리 연산장치(ALU)
    • 비교, 판단, 연산을 담당
  • 제어부(CU)와 내부 버스
    • 명령어의 해석과 올바른 실행을 위하여 CPU를 내부적으로 제어
    • 제어부 : 주기억 장치에 저장되어 있는 명령어를 순서대로 호출하여 해독하고, 제어 신호를 발생시켜 컴퓨터의 각 장치를 동작하도록 하는 장치
    • 내부 버스 : 기억, 연산, 제어 기능을 실현하기 위한 CPU와 주기억 장치, 입출력 장치, 외부 기억 장치, 주변 장치, 통신 처리 장치 등의 제어부 사이를 연결하는 버스
  • OS를 레스토랑이라 하면 CPU는 요리사라고 할 수 있다.
  • 동작 방식
    1. 명령어 인출
       • CU가 이번에 수행할 명령어 정보를 가지고 옴
    2. 명령어 해독
       • 명령어 정보를 성공적으로 인출했으면 명령어를 해독
       • 보통 opcode라고 하는 명령어 코드를 인출하고 opcode의 성격에 맞게 레지스터들을 준비
    3. 실행
       • 해독된 명령어를 수행
    4. 반영
       - 이 명령어의 수행 결과를 반영함으로써 명령어 수행의 한 사이클이 끝
       
       

• 랜덤 액세스 메모리 (RAM)

  • 컴퓨터가 현재 실행 중인 프로그램 및 데이터를 일시적으로 저장하는 장치
    -> 주기억장치
    -> DRAM과 SRAM이 있는데 주기억장치는 주로 DRAM을 의미

  • 램에 저장된 어느 데이터든 접근 시간이 동일

    • 중복되지 않는 고유한 주소값을 가지고 있기 때문

  • CPU가 현재 처리중인 데이터나 명령만을 일시적으로 저장하는 휘발성 메모리
    -> 컴퓨터 종료시 데이터는 사라짐
    -> 후에도 데이터를 유지하고 싶을 경우에는 데이터를 하드디스크에 저장

  • HDD에 비해 월등히 빠른 속도로 CPU가 정보를 원활히 이용할 수 있음

• SRAM (Static RAM)
  • 정적 메모리
  • 전원 공급이 되는 동안은 기록된 내용이 지워지지 않기 때문에 재충전이 필요 X
  • 접근 속도가 빠르고 가격이 비쌈
  • 주로 캐시메모리나 레지스터로 사용
• DRAM (Dynamic RAM)
  • 동적 메모리
  • 전원이 계속 공급되더라도 주기적으로 재충전되어야 기억된 내용을 유지 가능
  • 주로 대용량의 기억장치에 사용되며 가격이 저렴
  • 주로 RAM이라고 표현하는 것(주기억장치)은 거의 DRAM

• 그래픽 처리 장치 (GPU)

  • 그래픽 연산을 빠르게 처리하여 결과 값을 모니터에 출력하는 연산장치

  • 병렬 연산에 특화된 내부 구조를 통해서 모니터에 3D 그래픽을 출력해주는 역할을 목적으로 만들어진 하드웨어로 그래픽 카드의 핵심 부품

  • CPU와의 차이점
    

  • 활용 분야

    • GPGPU의 등장으로 대규모 수학 연산을 하거나 영상의 색을 보정하고 변형하며 과거의 영상을 고화질로 복원
      • GPGPCU : 일반적으로 컴퓨터 그래픽스를 위한 계산만 맡았던 그래픽 처리 장치(GPU)를, 전통적으로 중앙 처리 장치(CPU)가 맡았던 응용 프로그램들의 계산에 사용하는 기술
    • 빅데이터를 동시에 빠르게 처리할 수 있는 GPU의 연산 능력 탑재로 인공지능, 엣지 컴퓨터, 자율주행 자동차 구현
    
    

• 캐시메모리

  • 컴퓨터 시스템 향상을 위해서 CPU와 주기억장치 사이에 있는 아주 작은 비싼 메모리
  • L2, L3 캐시메모리는 메인 메모리에 있는 데이터를 캐시 메모리에 불러와 놓고, CPU가 필요한 데이터를 캐시에서 먼저 찾도록 하여 시스템 성능을 향상

참고

운영체제란 무엇인가
레스토랑에 비유해서 알아보는 운영체제
GPU에 대하여
CPU란
메모리
CPU와 메모리