2022-11-30 @이영훈
1. 하드웨어의 구성
컴퓨터로 하는 작업은 대부분 중앙처리장치와 메인메모리의 협업으로 이루어지기 때문에 중앙처리장치와 메인메모리는 필수 장치로 분류된다.
중앙처리장치와 메인메모리 외의 부품은 주변장치라고 한다.
CPU와 메모리
CPU는 명령어를 해석하여 실행하는 장치로, 인간으로 치면 두뇌에 해당한다.
메모리는 작업에 필요한 프로그램과 데이터를 저장하는 장소로, 바이트 단위로 분할되어 있으며 분할 공간 마다 주소로 구분한다.
입출력 장치
입력장치는 외부의 데이터를 컴퓨터에 입력하는 장치로, 키보드, 마우스, 스캐너 등을 사용하고 있다.
최근에는 스마트폰의 보급으로 터치스크린이 각광받고 있다.
출력장치는 컴퓨터에서 처리한 결과를 사용자가 원하는 형태로 출력하는 장치로 프린터, 모니터. 스피커 등이 있다.
모니터는 그래 픽카드와 연결되고, 스피커는 사운드카드와 연결된다.
과거에는 그래픽 계산을 CPU가 담당 하고 그 결과만 그래픽카드에 전달했으나, 최근 들어 3D 게임과 같이 많은 계산을 필요로 하는 프로그램이 늘어남에 따라 그래픽카드에 GPU(Graphical Pressing Unit)를 달아서 직접 계산하게 되었다. GPU는 그래픽용 CPU이다.
저장장치
하드디스크나 CD와 같은 저장장치는 구동 장치가 있는 기계이므로 속도가 느리다. 이렇게 느린 저장장치를 사용하는 이유는 저장 용량에 비해 가격이 싸기 때문이다. 저장장치는 메모리보다 느리지만 저렴하고 용량이 크며, 전원 온. 오프와 상관없이 데이터를 영구적으로 저장한다.
메인보드
컴퓨터의 다양한 부품은 버스로 연결된다. 교통수단인 버스는 정해진 경로로 다니는데 컴퓨터의 버스도 일정한 규칙에 따라 각 장치에 데이터를 전송하는 역할을 한다.
버스는 각 장치를 연결하는 선의 집합이자 데이터가 지나다니는 통로이다.
메인보드는 CPU와 메모리 등 다양한 부품을 연결하는 커다란 판이다.
메인보드에는 가는 선, 즉 버스가 복잡하게 얽혀 있으며 전력이 공급되면 버스로 연결된 부품이 작동한다.
2. 폰노이만 구조
오늘날의 컴퓨터는 대부분 폰노이만 구조(von Neumann architecture)를 따른다. 폰노이만 구조는 아래 그림과 같이 CPU, 메모리. 입출력장치, 저장장치가 버스로 연결되어 있는 구조를 말한다.
폰노이만 구조가 등장하기 전의 컴퓨터는 전선을 연결하여 회로를 구성하는 하드와이어링 형태였기 때문에 다른 용도로 사용하려면 전선의 연결을 바꾸어야 했다.
이러한 문제를 해결하기 위해 미국의 수학자 존 폰노이만은 메모리를 이용하여 프로그래밍이 가능한 컴퓨터 구조, 즉 하드웨어는 그대로 둔 채 작업을 위한 프로그램만 교체하여 메모리에 올리는 방식을 제안했다.
폰노이만 구조에서 가장 중요한 특징은, '모든 프로그램은 메모리에 올라와야 실행할 수 있다’는 것이다.
3. 요리사 모형
요리사 모형은 운영체제의 여러 가지 현상에 대한 이해를 돕기 위한 것이다.
이 모형에서 요리사는 CPU, 도마는 메모리, 보관 창고는 저장장치에 비유되며, 보관 창고에 있는 재료를 도마로 옮겨주는 주방 보조, 채소를 다듬거나 고기를 손질하는 보조 요리사도 있다.
모든 프로그램이 메모리로 올라와야 실행 가능한 폰노이만 구조를 요리사 모형에 빗대어 이해해보자.
요리사(CPU)가 요리를 하려면 보관 창고(저장장치)에 있는 재료를 도마(메모리)로 가져와야 한다.
주방에서는 도마(메모리)가 핵심적인 작업 공간이고 보관 창고(저장장치)는 보조적인 공간이다.
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요리 빙법을 결정하는 것은 CPU가 작업을 진행하는 것(프로세스 관리)에,
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도마 위의 재료를 정리하는 것은 여러 프로그램이 사용하는 메모리를 관리하는 것(메모리 관리)에,
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보관 창고의 재료를 정리하는 것은 저장장치 내의 데이터를 관리하는 것(저장장치 관리)에 비유된다.
요리사 모형 | 운영체제 작업 |
요리 방법 결정 | 프로세스 관리 |
도마 정리 | 메모리 관리 |
보관 창고 정리 | 저장장치 관리 |
4. 하드웨어 사양 관련 용어
클록
클록(clock)은 CPU의 속도와 관련된 단위이다.
CPU도 작업을 할 때 일정한 박자가 있는데, 이 박자를 만들어내는 것이 클록이다.
클록이 일정 간격으로 틱(tick)을 만들면 거기에 맞추어 CPU 안의 모든 구성 부품이 작업을 한다.
버스에는 여러 개의 부품이 연결되어 있는데, 메인보드의 클록이 틱을 보낼 때마다 데이터를 보내거나 받는다.
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CPU 별 / 메인보드 별 클록을 가진다.
헤르츠
헤르츠(Hz)는 클록틱이 발생하는 속도를 나타내는 단위이다. 1초에 클록틱이 몇 번 발생 하는지를 나타내는데, 1초에 클록틱이 한 번이면 1Hz, 1,000번이면 1kHz이다.
시스템 버스와 CPU 내부 버스
시스템 버스(system bus)는 메모리와 주변장치를 연결하는 버스로 FSB(Front-Side Bus), 즉 전면 버스라고 한다.
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1,333MHz의 시스템 버스를 가진 메인보드에는 같은 속도를 가진 부품이 연결되고 메모리도 1,333MHz의 속도로 작동한다
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이 메인보드(1,333MHz)에 800MHz와 같이 낮은 속도의 메모리를 사용하면 메인보드가 800MHz로 작동하여 컴퓨터의 성능이 저하된다
CPU 내부 버스는 CPU 내부에 있는 장치를 연결하는 버스로 BSB(Back Side Bus), 즉 후면 버스라고 한다.
CPU 내부 버스의 속도는 CPU의 클록과 같아서 시스템 버스보다 훨씬 빠르다.
Reference
요리책 운영체제
