컴퓨터의 요소
컴퓨터의 구성 요소: CPU, DMA 컨트롤러, 메모리, 타이머, 디바이스 컨트롤러 등
CPU
CPU(Central Processing Unit)는 산술논리 연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치이다.
인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행한다.
관리자 역할을 하는 운영체제의 커널이 프로그램을 메모리에 올려 프로세스로 만들면 일꾼인 CPU가 이를처리한다.
제어 장치
제어 장치(CU, Control Unit)는 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품이다.
- 입출력장치 간 통신 제어
- 명령어 해석
- 데이터 처리를 위한 순서 결정
레지스터
레지스터는 CPU안에 있는 매우 빠른 임시기억장치이다.
CPU와 직접 연결되어 있으므로 연산 속도가 메모리보다 수십~ 수백 배까지 빠르다.
CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전달한다.
산술논리연산장치
산술논리연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)는 산술 연산, 논리 연산을 계산하는 디지털 회로이다.
CPU의 연산 처리
: CPU에서 제어장치, 레지스터, 산술논리연산장치를 통해 연산하는 방법
1. 제어장치가 메모리, 레지스터에 계산할 값을 로드
2. 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 산술논리연산장치에 명령
3. 제어장치가 계산된 값을 다시 레지스터에서 메모리로 저장
인터럽트
인터럽트는 어떤신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것을 말한다.
- I/O 디바이스로 인한 인터럽트
- 0으로 숫자를 나누는 산술 연산에서의 인터럽트
- 프로세스 오류
등으로 발생한다.
인터럽트가 발생
1. 인터럽트 핸들러 함수가 모여있는 인터럽트 백터로 간다.
2. 인터럽트 핸들러 함수가 실행된다.
인터럽트 간에는 우선 순위가 있고 우선순위에 따라 실행되며 인터럽트는 하드웨어, 소프트웨어 인터럽트 두가지로 나뉜다.
인터럽트 핸들러 함수
: 인터럽트가 발생했을 때 이를 다루기 위한 함수.
커널 내부의 IRQ(인터럽트 요구 라인, Interrupt Request Lines)를 통해 호출되며 request_irq()를 통해 인터럽트 핸들러 함수를 등록할 수 있다.
하드웨어 인터럽트
: I/O 디바이스에서 발생하는 인터럽트이다.
인터럽트 라인이 설계된 이후 순차적인 인터럽트 실행을 중지하고 운영체제에 시스템콜을 요청해서 원하는 디바이스로 향해 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근하여 일을 수행한다.
소프트웨어 인터럽트
: 트랩(trap)이라고도 한다. 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동한다.
DMA 컨트롤러
DMA컨트롤러는 I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치를 뜻한다.
CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에
1. CPU의 부하를 막아준다.
2. CPU의 일을 부담한다.
3. 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지한다.
메모리
메모리(Memory)는 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치이다.
보통 RAM(Random Access Memory)을 일컬어 메모리라고 한다.
CPU - 계산 담당
메모리 - 기억 담당
메모리가 크면 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있다.
타이머
타이머(timer)는 몇 초 안에는 작업이 끝나야 한다는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할을 한다.
시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 때 이를 제한하기 위해 존재한다.
디바이스 컨트롤러
디바이스 컨트롤러: 컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU를 말한다.
로컬 버퍼: 디바이스 컨트롤러에 옆에 붙어있고 각 디바이스에서 데이터를 임시로 저장하기 위한 작은 메모리를 뜻한다.
