1. 컴퓨터 구조

학습 목표

• 컴퓨터의 구조 및 기능에 대해 학습합니다.
  -데이터를 처리하는 역할인 CPU의 구조 및 성능에 대해 학습합니다.
  -명령어와 명령어 수행 과정, 처리 방식에 대해 학습합니다.
  -데이터를 저장하는 기능을 수행하는 Memory의 분류별 특성에 대해 학습합니다.
  -메모리의 성능 및 종류, 캐시 메모리에 대해 학습합니다.

1-1. 컴퓨터의 기본 구조

• 컴퓨터 구조
  • 하드웨어와 소프트웨어가 합쳐진 형태
  • 하드웨어: 전자 회로 및 기계 장치로 되어 있어 입출력 장치, 중앙처리장치(CPU), 기억장치 등으로 구성
  • 소프트웨어: 그 하드웨어 위에서 하드웨어를 제어하며 작업을 수행하는 프로그램
• 컴퓨터의 기본 구성 요소
  a. 입력 장치
  • 컴퓨터가 처리할 수 있는 형태로 데이터와 명령을 받아들이는 물리적인 장치
  • 기본적으로는 키보드와 마우스에서부터, 스캐너와 타블렛, 혹은 조이콘 같이 컴퓨터에 연결하여 무언가를 입력할 수 있는 장치
  b. 출력 장치
  • 처리된 데이터를 사람이 이해할 수 있는 형태로 출력하는 물리적인 장치
  • 대표적인 출력장치는 모니터, 프린터 : 모니터의 해상도는 화면에 나타나는 그림이나 글자의 선명도를 결정하는 요소인데 실제 화면의 해상도는 모니터와 그래픽 카드에 의해 결정
  c. 중앙처리장치
  • CPU의 내부 구성은 크게 산술/논리 연산 장치(ALU)와 제어 장치, 레지스터로 구성
  • 산술은 덧셈을 수행하는 것이고, 제어 장치는 프로그램에 따라 명령과 제어 신호를 생성하여 각종 장치의 동작을 제어하는 것
  • 레지스터는 CPU의 내부 메모리로서 CPU에서 사용하는 데이터를 일시적으로 저장하는 장소
  d. 저장 장치
  • 데이터나 프로그램을 보관하기 위한 일차 기억 장치인 주 기억 장치(Memory)와 주 기억 장치를 보조하기 위한 디스크와 씨디 같은 보조 기억 장치가 존재
  • 주 기억 장치
    • 프로그램 수행을 위해 필요한 정보에 비해 중앙처리장치 내에 구비되어 있는 레지스터의 용량이 너무 작기 때문에, 주 기억 장치는 주로 정보를 저장해 두었다가 필요할 때 읽어들이는 저장소로 사용
    • 주 기억 장치의 종류로는 RAM과 ROM이 존재
  • 보조 기억 장치
    • 그런 주 기억 장치를 보조, 주 기억 장치에 비해 기억된 내용을 읽는 속도는 느리지만 대용량의 기억이 가능하며 현재 사용하지 않는 프로그램은 보조 기억 장치에 저장
    • 보조 기억 장치의 종류로는 플로피 디스크와 하드 디스크 같은 자기 디스크가 존재하고, CD와 DVD 같은 광 디스크, 그리고 USB와 SSD 같은 플래쉬 메모리가 존재

1-2. CPU와 Memory

중앙 처리 장치(CPU)

• 폰 노이만 구조 CPU : 중앙 처리 장치(CPU)라는 것이 있고, 이 중앙 처리 장치를 통해서 연산을 수행하게 되는 구조이며, 이 CPU(중앙처리 장치)는 각종 연산을 수행하고 기억장치에 기억되어 있는 명령어들을 수행하는 컴퓨터 시스템을 이루는 핵심 부품
• CPU의 구조
  
  • 산술은 덧셈을 수행하는 것이고, 제어 장치는 시그널을 통해서 데이터 흐름을 통제하는 것이며 레지스터는 CPU 내부의 메모리임이 가장 기본적인 설명이다.
  • 산술/논리 연산 장치(ALU), 제어 장치와 레지스터로 구성
  • 산술/논리 연산 장치 (Arithmetic Logic Unit, ALU)
    • 산술논리연산장치는 산술적인 연산과 논리적인 연산을 담당하는 장치
    • 가산기, 보수기, 누산기, 기억 레지스터, 데이터 레지스터 등으로 구성
    • 캐시나 메모리로부터 읽어 온 데이터는 레지스터(Register)라는 CPU 전용의 기억장소에 저장되며, ALU는 레지스터에 저장된 데이터를 이용하여 덧셈, 곰셈 등과 같은 산술 연산을 수행
    • 부동소숫연산장치(FPU)와 정수연산장치, 논리연산(AND, OR 등)장치 등이 있다.
  • 레지스터(Register)
    • 레지스터는 중앙처리장치(CPU) 내부에 있는 기억장치
    • 주로 산술 연산 논리장치에 의해 사용되는 범용 레지스터(General-Purpose Register)와 PC 등 특수 목적에 사용되는 전용 레지스터(Dedicated-Purpose Register)로 구분
    • 레지스터의 종류
      a. IR (Instruction Register) : 현재 수행 중에 있는 명령어 부호를 저장하고 있는 레지스터
      b. PC (Program Counter) : 명령이 저장된 메모리의 주소를 가리키는 레지스터
      c. AC (Accumulator) : 산술 및 논리 연산의 결과를 임시로 기억하는 레지스터
  • 제어장치(Control Unit, CU)
    • 제어장치는 CPU가 자신 및 주변기기들을 컨트롤하는 장치
    • 구성
      a. 프로그램 계수기(program counter): 프로그램의 수행 순서를 제어
      b. 명령 레지스터(instruction register): 현재 수행중인 명령어의 내용을 임시 기억
      c. 명령해독기(instruction decoder): 명령 레지스터에 수록된 명령을 해독하여 수행될 장치에 제어신호를 보냄
    • 제어 장치 구현의 방식은 고정 배선 제어(Hardwired) 방식과 Micro Program 방식이 있다.
      
• CPU의 기능
  • CPU의 기능은 명령어와 데이터에 관련
  • 명령어 및 명령어 수행 과정과 처리 방식은 CPU에서 중요한 부분
    • 명령어 인출 및 해독은 모든 명령어들에 대하여 공통적으로 수행하며 기억 장치로부터 명령어를 읽어온다.
    • 데이터 인출 및 처리, 쓰기와 같은 것들은 명령어에 따라 필요할 때만 수행한다.
  • 명령어
    • 시스템이 특정 동작을 수행시키는 작은 단위
    • 구성
      a. 동작 코드(Op-code): 각 명령어의 실행 동작을 구분하여 표현
      b. 오퍼랜드(Operand): 명령어의 실행에 필요한 자료나 실제 자료의 저장 위치를 의미
  • 명령어 수행 과정
    • 읽기(Fetch Instruction, FI): 메모리에서 명령을 가져온다.
    • 해석(Decode Instruction, DI): 명령을 해석한다.
    • 실행(Execute Instruction, EI): 명령을 수행한다.
    • 기록(Write Back, WB): 수행한 결과를 기록한다.
  • 명령어 처리 방식
    • CISC(Complex Instruction Set Computer) : 하나의 기능에 해당하는 하나의 명령이 있는
      a. 여러 사이클로 명령어를 처리
      b. 많은 명령어가 메모리를 참조하는 처리 방식
      c. 파이프라이닝의 사용이 어렵다.
      d. 복잡한 마이크로 프로그램 구조를 갖고 있다.
    • RISC(Reduced Instruction Set Computer) : 컴퓨터 내부적으로 사용하는 명령어 세트를 단순화 시켜서 처리하는 형태의 구조이며, 단순한 명령을 조합해서 하나의 기능을 수행
      a. 하나의 사이클로 명령어를 처리
      b. 메모리 Load / Store 명령만 처리하는 방식
      c. 파이프라이닝, 슈퍼스칼라의 사용이 가능
      d. 복잡한 컴파일러 구조를 갖고 있다.

Memory

• 컴퓨터에서 말하는 메모리는 기억소자 즉 반도체를 의미

• 반도체는 특성상 전류를 흐르게도 하고 흐르지 않게도 하는 특징이 있어 이를 이용해서 임시적인 내용들을 기억하게 만드는 것

• 기억장소라는 개념에서 확장하면 저장 장소라는 개념의 하드디스크, CD/DVD, USB 저장장치와 같은 보조 기억장치까지를 의미

• 메모리 분류별 특성

  • 보조 기억장치와 메모리의 차이는 “휘발성”
    - 메모리는 시스템이 활성화 된 상태에서 그 값을 기억하고 있지만 시스템이 꺼지게 되면(ShutDown) 지워지게 된다.
    - 그에 비해 보조 기억장치는 시스템이 꺼져도 기억하고 있는 값이 휘발되지 않는다. 또한 저장/읽기 속도 면에서 메모리와 보조 기억장치는 현저하게 차이가 있다.
    

• 메모리 성능

  • 메모리의 속도는 메모리가 CPU와 데이터를 주고받는 시간 = 액세스, 단위는 ns(nano-second) – 10억분의 1초로써 메모리 속도의 기준,
  • 메모리의 성능은 속도가 빠를 수록 성능이 좋다.
  • 리프레시 시간 :
    메모리는 일정 시간마다 재충전을 해줘야 하는데, 그렇지 않으면 정보는 사라지게 된다.
    이 일정기간을 리프레시 시간이라고 한다. 이는 메모리에서 한번 읽고 나서 다시 읽을 수 있는 사이 시간을 말한다.
  • 메모리 액세스 시간
    메모리 액세스 시간은 데이터를 읽어오라는 명령을 받고 데이터를 읽기 시작하기까지의 시간을 말한다. CPU에서 명령어를 처리할 때 명령어가 갖는 주소를 보낸다. 그러면 CPU에 그 주소에 해당하는 값을 가져 오게 되는데 걸리는 시간이 액세스 시간이다.
  • 사이클 시간(리프레시 시간 + 메모리 액세스 시간)
    사이클 시간은 메모리 작업이 완료와 동시에 대기 신호를 내놓은 후 다음 신호를 받을 준비가 되었다는 신호를 주기까지의 시간을 의미, 즉 사이클 시간은 메모리 액세스 시간과 리프레시 시간을 더한 것이다.

• 메모리 종류

  • 주기억장치
    a. RAM(Random Access Memory)

    • CPU에서 직접 접근이 가능한 유일한 저장 장치
    • 컴퓨터의 전원이 끊어지면 내용이 휘발되어 보조 저장 장치가 반드시 필요
    • RAM의 크기는 프로그램의 수행 속도에 영향을 준다. => RAM의 크기가 작으면 게임이 잘 돌아가지 않는 경우를 생각
    • RAM의 종류
      • SRAM: 리프레쉬가 필요 없고 전력 소모가 적으나 비싸다.
      • DRAM: 리프레쉬가 필요하고 SRAM보다 저가이며 많이 사용되는 편이다.

    b. ROM(Read Only Memory)

    • 대부분 읽을 수만 있는 장치로 구성
    • 전원이 끊겨도 내용이 보존

  • 보조기억장치
    a. 자기 디스크

    • 원판 표면의 철 입자의 방향(N/S극)으로 0과 1을 표현
    • 디스크 드라이브는 자기 디스크로부터 데이터를 읽는 주변 장치를 의미
    • 자기 디스크에는 플로피 디스크(FDD)와 하드 디스크(HDD)가 존재

    b. 광 디스크

    • 광 디스크(optical disc, OD)는 빛의 반사를 이용하여 자료를 읽어내는 저장 매체
    • 1세대인 CD부터 시작해 2세대 DVD를 거쳐 3세대인 블루레이 디스크까지 존재, 차세대 디스크로는 테라 디스크나 HVD등이 존재

    c. 플래시 메모리

    • 전자적으로 데이터를 지우고 쓸 수 있는 비휘발성 메모리로 충격에 강하여 휴대용 기기에 널리 쓰인다.
    • 플래시 메모리에는 USB와 SSD가 존재
    • SSD는 HDD와 달리 디스크, 헤더와 같은 기계적 장치는 빠졌지만 저전력, 저소음, 저중량이라는 특징을 가지고 있다.

• 캐시 메모리(Cache Memory)

  • ‘Cache’라는 의미는 보관이나 저장의 의미

  • 캐시 메모리는 CPU 내 또는 외에 존재하는 메모리

  • 메인 메모리와 CPU 간의 데이터 속도 향상을 위한 중간 버퍼 역할

  • CPU와 메인 메모리 사이에 존재, CPU 내에 존재할 수도 있고 역할이나 성능에 따라서는 CPU 밖에 존재할 수도 있다.

  • 특히 빠른 CPU 의 처리속도와 상대적으로 느린 메인 메모리에서의 속도의 차이를 극복하는 완충 역할 => CPU 는 빠르게 일을 진행하고 있는데, 메인 메모리가 데이터를 가져오고 가져가는 게 느려서 캐시 메모리가 중간에 미리 CPU 에 전달될 데이터를 들고 서 있는 형태

  • 캐시 메모리의 성능 결정 요소

    • 캐시 메모리는 메인 메모리의 일정 블록 사이즈의 데이터를 담아 두었다가 CPU에 워드 사이즈 만큼의 데이터를 전송 => 이때 이 사이즈들이 캐시의 성능에 영향을 미친다. => 블록사이즈나 워드 사이즈가 상대적으로 크다면 그만큼 Cache의 Hit Ratio율이 높아지기 때문.
    • Cache Hit
      • CPU가 필요한 데이터가 Cache Memory 내에 들어와 있음.
    • Cache Miss
      • 접근하고자 하는 데이터가 없을 경우
    • Hit Ratio
      • 원하는 데이터가 Cache에 있을 확률
    • 캐시 메모리의 성능 결정 요소에는 캐시의 크기 뿐 아니라 다양한 요소들이 관여

    

2. 운영체제(OS)

학습목표

• 운영체제의 개념 및 목적, 운영체제의 기능에 대해 학습합니다.
• 운영체제의 운용 기법의 발달 과정과 종류에 대해 학습합니다.
• 프로세스의 주요개념 및 특징에 대해 학습합니다.
• 프로세서의 특징 및 프로세스와 프로세서의 차이점에 대해 학습합니다.
• 스레드의 주요개념 및 특징, 종류에 대해 학습합니다.
  싱글스레드와 멀티스레드의 특징을 학습하고, 장단점 및 차이점을 학습합니다.

2-1. 운영체제

• 하드웨어에게 일을 시키는 주체가 바로 운영체제

• 운영체제의 목적

  • 처리능력 향상, 사용 가능도 향상, 신뢰도 향상, 반환 시간 단축 등

• 운영체제의 기능

  • 프로세서, 기억장치, 입출력장치, 파일 및 정보 등의 자원을 관리
  • 자원을 효율적으로 관리하기 위해 자원의 스케줄링 기능을 제공
    • 스케줄링이란 어떤 자원을 누가, 언제, 어떤 방식으로 사용할지를 결정해주는 것
  • 사용자와 시스템 간의 편리한 인터페이스를 제공
  • 시스템의 각종 하드웨어와 네트워크를 관리하고 제어

• 운영 체제의 시스템 자원 관리

  • 운영체제가 없다면, 응용 프로그램이 실행될 수 없다.

  • 운영체제는 응용 프로그램이 하드웨어에게 일을 시킬 수 있도록 도와준다.
    => 응용 프로그램은 컴퓨터를 이용해 다양한 작업을 하는 것이 목적

  • 운영 체제의 시스템 자원 관리

    • 프로세스 관리(CPU)
    • 메모리 관리
    • I/O(입출력) 관리 (디스크, 네트워크 등)

  • 응용 프로그램 관리

    • 응용 프로그램이 실행되고, 시스템 자원을 사용할 수 있도록 권한과 사용자를 관리

  • 응용 프로그램: 운영체제를 통해 컴퓨터에게 일을 시키는 것

    • 응용 프로그램이 운영체제를 통해 컴퓨터에게 일을 시키려면, 컴퓨터를 조작할 수 있는 권한을 운영체제로부터 부여받아야 한다.
    • 응용 프로그램이 운영체제와 소통하기 위해서는, 운영체제가 응용 프로그램을 위해 인터페이스(API)를 제공해야 한다.
    • 시스템 콜(System call): 응용 프로그램이 시스템 자원을 사용할 수 있도록, 운영체제 차원에서 다양한 함수를 제공하는 것
    • 즉 응용프로그램이 프린터 사용에 대한 권한을 획득한 후, 프린터를 사용할 때 필요한 API를 호출해야 학, 이 API는 시스템 콜로 이루어져 있다.

2-2. 프로세스

• 프로세스

  • 프로그램이 실행 중인 상태로 특정 메모리 공간에 프로그램의 코드가 적재되고 CPU 가 해당 명령어를 하나씩 수행하고 있는 상태를 의미
  • 운영 체제에서는 프로세스를 사용하여 프로그램을 수행하게 되는데 실행 중인 하나의 애플리케이션을 프로세스라고 한다.
  • 사용자가 애플리케이션을 실행하면, 운영체제로부터 실행에 필요한 메모리를 할당받아 애플리케이션의 코드를 실행, 이때 실행되는 애플리케이션을 프로세스라고 한다.
  • 하나의 애플리케이션은 여러 프로세스(다중 프로세스)를 만들기도 한다.
    

• 프로세스 구성 요소

  • 유저 메모리 영역 관리(Virtual Address Descriptors)
    • 프로세스 별로 독립된 영역을 가지게 되는 곳은 유저 메모리 공간이다. 커널 메모리 공간의 경우 모든 프로세스가 공유하여 사용하고 있다. 프로세스 별로 독립적인 유저 메모리 영역을 관리하기 위해서 VAD(Virtual Address Descriptors)라는 관리 테이블이 존재한다.
  • 핸들 테이블(Handle Table)
    • 핸들 테이블은 프로세스에서 사용하는 모든 핸들에 대한 커널 객체 포인터 정보를 배열 형태로 가지고 있는 공간이다. 프로세스가 종료하게 될 때 이 테이블의 정보를 참고하여 이 프로세서에서 사용하고 있는 모든 커널 객체를 자동으로 반환한다.
  • 독립적인 메모리 공간
    • 프로세스 단위로 관리되는 자원 중 가장 중요한 구별점은 가상 메모리이다. 페이징 기법을 이용하여 프로세스마다 별도의 고유한 메모리를 사용할 수 있게 하고 있다.(윈도우의 경우)

• 프로세스 특징

  • 자원 소유의 단위
    • 각각의 프로세스는 자신의 실행 이미지 로드와 실행에 필요한 추가적인 메모리 공간을 가지고 있어야 한다. 이것은 각 프로세스마다 구별되어야 하며 해당 프로세스가 접근하고자 하는 파일, I/O 장치들에 대해서 또한 프로세스 단위로 할당 받아 관리되어야 한다.
  • 디스패칭의 단위
    • 프로세스는 하나의 프로그램이 운영체제로부터 CPU의 자원을 일정 기간 동안 할당 받아 명령어를 실행하는 것이며, 운영체제는 여러 개의 프로세스가 병렬적으로 실행되게 하기 위해서 CPU 의 사용 시간을 각각의 프로세스에 골고루 나누어 주어야 한다. 하나의 프로세스에서 여러 개의 디스패칭 단위가 실행될 수 있도록 하고 있으며, 이러한 디스패칭 단위를 스레드라 부른다.

• 프로세스 상태

  • 실행(Run) : 프로세스가 프로세서를 차지하여 서비스를 받고 있는 상태
  • 준비(Ready) : 실행될 수 있도록 준비되는 상태
  • 대기(Waiting) : CPU 의 사용이 아니라 입출력의 사건을 기다리는 상태

• 프로세서 VS 프로세스
  a. 프로세서(Processor)

  • 하드웨어적인 측면 : 컴퓨터 내에서 프로그램을 수행하는 하드웨어 유닛, 중앙처리장치(CPU)를 의미하며 적어도 하나 이상의 ALU와 레지스터를 내장하고 있다.
  • 소프트웨어적인 측면 : 데이터 포맷을 변환하는 역할을 수행하는 데이터 처리 시스템을 의미. 워드프로세서나 컴파일러 등이 여기에 속한다.

  b. 프로세스(Process)

  • 프로세스는 특정 목적을 수행하기 위해 나열된 작업의 목록을 의미

  c. 메모리에 적재 되어 프로세서에 의해 실행 중인 프로그램을 프로세스라고 볼 수 있다.

2-3. 스레드

스레드란?

• 스레드는 명령어가 CPU 를 통해서 수행되는 객체의 단위
• 하나의 프로세스 내에는 반드시 1개 이상의 스레드가 존재하며, 이러한 스레드는 같은 프로세스에 있는 자원과 상태를 공유
• 같은 프로세스 내에 있는 스레드는 같은 주소 공간에 존재하게 되며 동일한 데이터에 접근할 수 있다.
• 하나의 스레드가 수정한 메모리는 같은 메모리를 참조하는 스레드에 영향을 미치게 된다.
• 스레드는 왜 필요한가?
  • 하나의 프로세스 안에서 여러 개의 루틴을 동시에 수행하여서 수행 능력을 향상하려고 할 때 스레드를 사용하게 되는데, 독립적으로 수행하여 처리하려고 할때 사용하게 된다.
  • 즉 여러 개의 작업 단위로 구성된 프로그램에서 요청을 동시에 처리하기 위해서
• 스레드의 구성요소
  • 가상 CPU : 인터프리터, 컴파일러에 의해 내부적으로 처리되는 가상 코드
  • 수행 코드 : Thread Class에 구현되어 있는 run() Method 코드
  • 처리 데이터 : Thread에서 처리하는 데이터
• 스레드의 특징
  • 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위, 하나의 스레드는 시작해서 종료할 때까지 한번에 하나씩 명령들을 수행
  • 각 스레드마다 call stack이 존재(call stack: 실행 중인 서브루틴을 저장하는 자료 구조),
    나머지 Code, Data, Heap 영역은 스레드 끼리 공유. 반면에 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없다.
  • 스레드는 다른 스레드와 독립적으로 동작
    => 두 개 이상의 스레드의 실행 및 종료순서는 예측할 수 없다.

싱글 스레드와 멀티 스레드

• 싱글 스레드(Single-Thread)
  • 프로세스가 단일 스레드로 동작하는 방식
  • 처리를 단일 스레드만으로 직렬 처리하는 프로그래밍 방법, 하나의 레지스터, 스택으로 표현
  • 자바스크립트가 가장 대표적인 싱글 스레드 언어
  • 싱글 스레드의 장점
    • 자원 접근에 대한 동기화를 신경쓰지 않아도 된다.
      • 여러 개의 스레드가 프로세스의 자원을 공유할 경우,각 스레드가 원하는 결과를 얻게 하려면 공용 자원에 대한 접근을 제어해야 한다. 쉽게 말해서, 모든 스레드가 일정 자원에 동시에 접근하거나, 똑같은 작업을 실행하려는 경우,에러가 발생하거나 원하는 값이 나오지 않는다. 그래서, 스레드들이 동시에 같은 자원에 접근하지 못하도록 제어해줘야만 한다.
    • 자원 접근에 대한 동기화를 신경쓰지 않아도 되므로 문맥 교환(context switch) 작업 또한 요구하지 않는다.
      • 문맥 교환은 여러 개의 프로세스가 하나의 프로세서를 공유할 때 발생하는 작업으로 많은 비용이 필요
    • 프로그래밍 난이도가 쉽고, CPU 메모리를 적게 사용
  • 싱글 스레드의 단점
    • 여러 개의 CPU를 활용하지 못한다.
      • 최적화를 위해선 Cluster 모듈을 이용하여 여러 프로세스를 사용할 수 있다. 하지만 앞서 프로세스끼리의 자원 공유는 어렵기 때문에 Redis와 같은 부가 인프라가 필요하다.
    • 연산량이 많은 작업을 하는 경우, 그 작업이 완료되어야 다른 작업을 수행할 수 있다.
    • 싱글 스레드 모델은 에러 처리를 못하는 경우 멈춰버리게 된다.
• 멀티 스레드 (Multi-Thread)
  • 일반적으로 하나의 프로세스는 하나의 스레드를 가지고 작업을 수행
  • 하지만 멀티 스레드(multi thread)는 하나의 프로세스 내에서 둘 이상의 스레드가 동시에 작업을 수행하는 것을 의미
  • 여러 개의 CPU를 사용하여 여러 프로세스를 동시에 수행하는 것을 의미
  • 멀티 스레딩의 장점
    • 싱글 스레드인 경우, 작업이 끝나기 전까지 사용자에게 응답하지 않지만 반면 멀티스레드인 경우 작업을 분리해서 수행하므로 실시간으로 사용자에게 응답할 수 있다.
    • 싱글 스레드인 경우 한 프로세스는 오직 한 프로세서에서만 수행 가능하지만 반면 멀티 스레드인 경우 한 프로세스를 여러 프로세서에서 수행할 수 있으므로 훨씬 효율적
  • 멀티 스레딩의 문제점
    • 주의 깊은 설계가 필요하며, 디버깅이 까다롭다.
    • 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어려우며 다른 프로세스에서 스레드를 제어할 수 없다. (즉, 프로세스 밖에서 스레드 각각을 제어할 수 없다.)
    • 자원 공유의 문제가 발생
      • 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받게 된다.
    • 문맥 교환 작업을 요구
      • 문맥 교환(Context Switching): CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 과정,다른 태스크(프로세스, 스레드)가 시작할 수 있도록 이미 실행 중인 태스크(프로세스, 스레드)를 멈추는 것
• 동시성과 병렬성의 차이
  
  • 동시에 돌릴 수 있는 스레드 수는 컴퓨터에 있는 코어 개수로 제한
    • 시분할
      • 운영체제(또는 가상 머신)는 각 스레드를 시간에 따라 분할하여, 여러 스레드가 일정 시간마다 돌아가면서 실행되도록 한다.
    • Concurrency(동시성, 병행성): 여러 개의 스레드가 시분할 방식으로 동시에 수행되는 것처럼 착각을 불러일으킴
    • Parallelism(병렬성): 멀티 코어 환경에서 여러 개의 스레드가 실제로 동시에 수행됨

3. 문자열과 그래픽

학습목표

• 문자열을 다루는 기본적인 방식을 학습합니다.
• 문자열의 종류 및 특징에 대해 학습합니다.
• 그래픽의 기본적인 개념에 대해 학습합니다.
• 비트맵(래스터)과 벡터 이미지의 특징 및 차이점에 대해 학습합니다.

문자열

• 문자열 하나는 몇 바이트인가?

  • 글로벌 시대에는 유니코드를 사용해야 텍스트를 정확하게 저장할 수 있다.
  • 프로그래밍 언어마다 문자열을 저장하는 자료형이 다 다르므로, "문자열 하나가 몇 바이트인가?"에 대한 답변은 이 자료형이 차지하고 있는 바이트를 이해할 때 답변할 수 있다.

• 유니코드는 무엇인가?

  • 전 세계의 모든 문자를 컴퓨터에서 일관되게 표현하고 다룰 수 있도록 설계된 산업 표준
  • 유니코드의 목적은 현존하는 문자 인코딩 방법을 모두 유니코드로 교체하는 것이다.
    • 인코딩(부호화)이란?
      • 인코딩이란 어떤 문자나 기호를 컴퓨터가 이용할 수 있는 신호로 만드는 것
      • 문자셋(charset) 또는 문자열 세트 :
        인코딩과 디코딩의 기준,
        이 문자셋의 국제 표준이 유니코드

• ASCII 문자는 무엇인가?

  • 영문 알파벳을 사용하는 대표적인 문자 인코딩으로 7 비트로 모든 영어 알파벳을 표현

• UTF-8과 UTF-16의 차이점은 무엇인가?

  • UTF-8과 UTF-16은 인코딩 방식의 차이를 의미
  • UTF-8은 Universal Coded Character Set + Transformation Format – 8-bit의 약자로, UTF- 뒤에 등장하는 숫자는 비트(bit)

  a. UTF-8 특징: 가변 길이 인코딩

  • UTF-8은 유니코드 한 문자를 나타내기 위해 1 byte(= 8 bits)에서 4 bytes까지 사용
  • 원리