운영체제와 컴퓨터

운영체제와 컴퓨터

운영체제의 역할

1. CPU 스케줄링과 프로세스 관리: CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할지, 프로세스의 생성과 삭제, 자원 할당 및 반환을 관리한다. 2. 메모리 관리: 한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼만큼 할당해야 하는지 관리한다. 3. 디스크 파일 관리: 디스크 파일을 어떠한 방법으로 보관할지 관리한다. 4. I/O 디바이스 관리: I/O 디바이스들인 마우스, 키보드와 컴퓨터 간에 데이터를 주고받는 것을 관리한다.

운영체제의 구조


유저 프로그램이 맨 위에 있고 그 다음으로 GUI, 시스템콜, 커널, 드라이버가 있으며 가장 밑에 하드웨어가 있는 구조다. 그리고 여기서 GUI, 시스템콜, 커널, 드라이버 부분이 바로 운영체제를 지칭한다. 참고로 GUI가 없고 CUI만 있는 리눅스 서버도 있다.

> GUI
> 사용자가 전자장치와 상호 작용할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스의 한 형태, 단순 명령어 창이 아닌 아이콘을 마우스로 클릭하는 단순한 동작을 컴퓨터와 상호 작용할 수 있도록 해준다. > > 드라이버
> 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어 > > CUI
> 그래픽이 아닌 명렁어로 처리하는 인터페이스

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컴퓨터의 요소

컴퓨터는 CPU, DMA 컨트롤러, 메모리, 타이머, 디바이스 컨트롤러 등으로 이루어져 있다.

CPU

`CPU(Central Processing Unit)` 는 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치를 말하며, 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행하는 일꾼이다.

산술논리연산장치(ALU)

• 산술논리연산장치는 덧셈, 뺄셈 같은 두 숫자의 산술 연산과 배타적 논리합, 논리곱과 같은 논리 연산을 계산하는 디지털 회로다.

제어장치

• 제어장치는 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품이다.
• 입출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정한다.

레지스터

• 레지스터는 CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치를 가리킨다.
• CPU와 직접 연결되어 있으므로 연산 속도가 메모리보다 수십 배에서 수백 배까지 빠르다.
• CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전달한다.

인터럽트

• 인터럽트는 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것을 말한다.
• 키보드, 마우스 등 IO 디바이스로 인한 인터럽트, 0으로 숫자를 나누는 산술 연산에서의 인터럽트, 프로세스 오류 등으로 발생한다.
• 인터럽트가 발생되면 인터럽트 핸들러 함수가 모여 있는 인터럽트 벡터로 가서 인터럽트 핸들러 함수가 실행된다.
• 인터럽트 간에는 우선순위가 있고 우선순위에 따라 실행되며 인터럽트는 하드웨어 인터럽트, 소프트웨어 인터럽트 두 가지로 나뉜다.

DMA 컨트롤러

`DMA 컨트롤러` 는 I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어를 뜻한다.

CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에 CPU 부하를 막아주며 CPU의 일을 부담하는 보조 일꾼이라고 보면 된다. 또한, 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지한다.

메모리

`메모리(Memory)` 는 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치를 말하며, 보통 RAM(Random Access Memory)을 일컫어 메모리라고도 한다.

CPU는 계산을 담당하고, 메모리는 기억을 담당한다.

공장에 비유하자면 CPU는 일꾼이고, 메모리는 작업장이며, 작업장의 크기가 곧 메모리의 크기다. 작업장이 클수록 창고에서 물건을 많이 가져다놓고 많은 일을 할 수 있듯이 메모리가 크면 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있다.

타이머

`타이머(Timer)` 는 몇 초 안에 작업이 끝나야 하는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할을 한다. 시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 때 제한을 걸기 위해 존재한다.

디바이스 컨트롤러

`디바이스 컨트롤러(Device Controller)` 는 컴퓨터와 연결되어 있는 IO 디바이스들의 작은 CPU를 말한다.