[Computer Science] 운영체제

컴퓨터 하드웨어의 구성

컴퓨터 시스템은 하드웨어와 소프트웨어로 구성되며 운영체제는 컴퓨터 하드웨어를 관리하는 소프트웨어이다.

컴퓨터 하드웨어는 크게 프로세서, 메모리(기억장치), 주변장치로 구성되고, 이들은 시스템 버스로 연결한다.

프로세서

프로세서는 컴퓨터 하드웨어에 부착한 모든 장치의 동작을 제어하고 명령을 실행한다. 중앙처리장치(CPU)라고도 한다. 프로세서는 연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되고, 이들은 내부 버스로 연결한다.

프로세서의 종류가 다양한 것처럼 레지스터의 종류와 크기도 다양하다. 사용자가 정보를 변경할 수 있는지에 따라 사용자 가시 레지스터와 사용자 불가시 레지스터로 구분할 수 있다.

• 사용자 가시 레지스터

종류	설명
데이터 레지스터 (DR, Data Register)	함수 연산에 필요한 데이터를 저장한다.
주소 레지스터 (AR, Address Register)	주소나 유효 주소를 계산하는 데 필요한 주소의 일부분을 저장한다. 주소 레지스터에 저장한 값을 사용하여 산술 연산을 할 수 있다.

• 사용자 불가시 레지스터

종류	설명
프로그램 카운터 (PC, Program Counter)	다음에 실행할 명령어의 주소를 보관하는 레지스터이다.
명령어 레지스터 (IR, Instruction Register)	현재 실행하는 명령어를 보관하는 레지스터이다.
누산기 (ACC, ACCumulator)	데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터이다.
메모리 주소 레지스터 (MAR, Memory Address Register)	프로세서가 참조하려는 데이터의 주소를 명시하여 메모리에 접근하는 버퍼 레지스터이다.
메모리 버퍼 레지스터 (MBR, Memory Buffer Register)	프로세서가 메모리에서 읽거나 메모리에 저장할 데이터 자체를 보관하는 버퍼 레지스터이다.

메모리

속도는 느리나 용량이 큰 보조기억장치부터 속도는 빠르나 용량이 작은 레지스터까지 메모리의 종류는 다양하다. 메모리 계층 구조는 아래에는 대용량의 자기디스크, 이동이 편리한 광디스크, 파일을 저장하는 속도가 느린 자기테이프가 있다. 그리고 메인 메모리 위에는 메인 메모리와 프로세서의 속도 차이를 보완하는 캐시가 있고 최상위에는 프로세서가 사용한 데이터를 보관하는 가장 빠른 레지스터가 있다.

1. 레지스터

프로세서 내부에 있으며, 프로세서가 사용할 데이터를 보관하는 가장 빠른 메모리이다.

1. 메인 메모리

프로세서 외부에 있으며, 프로세서에서 즉각적으로 수행할 프로그램과데이터를 저장하거나 프로세서에서 처리한 결과를 메인 메모리에 저장한다. 주기억장치라고도 하며 저장 밀도가 높고 가격이 싼 DRAM을 많이 사용한다.

메인 메모리는 프로세서와 보조기억장치 사이에 있으며, 여기서 발생하는 디스크 입출력 병목 현상을 해결하는 역할도 한다.

1. 캐시

프로세서 내부나 외부에 있으며, 처리 속도가 빠른 프로세서와 상대적으로 느린 메인 메모리의 속도 차이를 보완하는 고속 버퍼이다.

1. 보조기억장치

주변장치 중 프로그램과 데이터를 저장하는 하드웨어로, 2차 기억장치 또는 외부기억장치라고도 한다. 자기디스크, 광디스크, 자기테이프 등이 있다.

시스템 버스

시스템 버스는 하드웨어를 물리적으로 연결하여 서로 데이터를 주고받을 수있게 하는 통로이다. 컴퓨너 내부의 다양한 신호(데이터 입출력 신호, 프로세서 상태 신호, 인터럽트 요구와 허가 신호, 클록 신호 등 )를 시스템 버스로 전달한다. 시스템 버스는 기능에 따라 데이터 버스, 주소 버스, 제어 버스로 구분한다.