OS_04_1 Computer Hardware and OS

1. Computer Organization and Instruction Processing

1) Computer System Elements

• Processor
  • system 명령을 수행
• Main Memory
  • 휘발성, 하지만 data와 program들을 저장한다.
  • ‘real memory’나 ‘primary memory’라고도 불린다.
• I/O Modules
  • 컴퓨터와 외부 환경 사이에 data가 이동하는 것이다.
• System Bus
  • processor, main memory, I/O module사이에 통신을 용이하게 한다.

2) The von Neumann model

• stored program이라는 개념을 도입하였다.
• Processing Unit + Control Unit → CPU
• Memory → Memory

3) Memory

a. 개요

• 2k x m array of stored bits
  • Address → 위치를 찾기 위한 identifier이다. (k의 bit)
    
  • Contents(data) → 해당 위치에 저장되어 있는 m-bit의 value이다.
    
• Basic Operation
  • Load
  • Store

b. Interface to Memory

• 그렇다면 processing unit은 memory부터 data를 어떻게 얻거나 주는가?
  • MAR : Memory Address Register
  • MDR : Memory Data Register
• LOAD (location → A)
  • 주소 A를 MAR에 쓴다. (주소 값을 구해줌)
  • ‘read’ signal을 memory에 보내준다.
  • MDR로 부터 data를 읽는다. (해당 주소값에 저장되어 있는 data를 fetching)
• STORE (value → X and location → A)
  • data X를 MDR에 쓴다. (data register에 저장하려는 값을 저장한다.)
  • MAR에 address A를 쓴다. (주소 값을 구해줌)
  • ‘write’ signal을 memory에 보내준다.

4) Processing Unit and Control Unit

• Processing Unit
  • ALU = Arithmetic and logic unit
  • TEMP (registers) → operand를 저장하는 용도.
• Control Unit
  • Instruction Register (IR) → 현재의 instruction을 포함한다. (add instruction 기억)
    
  • Program Counter (PC) → 다음에 실행 될 instruction의 주소를 포함한다.
    

2. Program Execution

1) The Concept of Programming

• CPU를 machine language를 통해서 말할 수 있다.
  • 이는, CPU는 오직 instruction들만 이해하고 실행시킬 수 있음을 뜻한다.
• 즉, instruction은 processor에 주어진 명령이다.
• “Programming”의 의미는
  • 명령어들을 실행할 일련의 계획을 세우는 것.
  • 이 결과를 “program”이라고 부른다.

2) Assembly Programming

• assembly instruction을 사용해서 programming하는 것.
  • machine instruction과 1:1 대응 관계이다.

3) Program and Languages

• Assembly programming은 어렵고 지루하다.
  • 그래서 HLL을 사용한다.
  • High-level language → Assembly code → Machine Instructions

4) Programming I/O Devices

• 각각의 I/O device는 각자의 controller 혹은 interface를 가진다. (PCB)
• CPU는 해당 4가지를 통해 I/O controller와 통신을 진행한다.
  • Control register : write commands
  • Status register : read the device’s internal state
  • Input register : fetch data
  • Output register : write data