Chapter1 컴퓨터 시스템 개요

Chapter1 컴퓨터 시스템 개요

1. 컴퓨터 하드웨어 종류

1. 프로세서 - 계산하는 역할
   • CPU, GPU
2. 메모리 - 저장하는 역할
   • 주 기억장치, 보조 기억장치
3. 주변장치
   • 키보드, 마우스, 모니터, 프린터 등

2. 프로세서(Processor)

• 컴퓨터의 두뇌 (중앙처리장치) 역할
  • 연산 수행
  • 컴퓨터의 모든 장치의 동작 제어

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2.1 레지스터(Register)

• 프로세서 내부에 있는 메모리
  • 프로세서가 사용할 데이터 저장
  • 컴퓨터에서 가장 빠른 메모리
  • 용도(전용, 범용), 사용자가 정보 변경 가능 여부(가시, 불가시), 저장하는 정보의 종류(데이터, 주소, 상태)로 구별할 수 있음

• 사용자 불가시 레지스터
  • 프로그램 카운터(PC : Program Counter) : 다음에 실행할 명령어의 주소를 보관
  • 명령어 레지스터(IR : Instruction Register) : 현재 실행하는 명령어를 보관
  • 누산기(ACC : ACCumulator) : 데이터를 일시적으로 저장
  • 메모리 주소 레지스터(MAR)
  • 메모리 버퍼 레지스터(MBR)

 

2.2 운영체제와 프로세서

• 프로세서에게 처리할 작업 할당 및 관리
  • 프로세스 생성 및 관리
• 프로그램의 프로세서 사용 제어
  • 프로그램의 프로세서 사용 시간 관리

3. 메모리(Memory)

• 데이터를 저장하는 장치(기억 장치)
• 메모리의 종류

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3.1 주기억장치(Main Memory)

• 프로세서가 수행할 프로그램과 데이터 저장
• 주로 DRAM
• 디스크 입출력 병목현상 해소

 

3.2 캐시(Cache)

• 프로세서 내부에 있는 메모리(레지스터가 코어에 더 가까이에 잇고 속도가 더 빠름)
• 메인 메모리의 입출력 병목현상 해소
• 캐시의 동작
  • 캐시 히트(Cache hit) : 필요한 데이터 블록이 캐시에 존재
    • 캐시에서 데이터 찾기 → 성공
  • 캐시 미스(Cache miss) : 필요한 데이터 블록이 캐시에 없는 경우
    • 캐시에서 데이터 찾기 실패 → 메인 메모리에서 데이터 블록(라인) 단위로 캐시에 올려둠 → 캐시에서 찾기 → 성공
  • 캐시의 지역성 : 캐시가 작은 용량임에도 불구하고 효과적으로 빠른 이유
    • 공간적 지역성(Spatial locality) : 참조한 주소와 인접한 주소를 참조
    • 시간적 지역성(Temoral locality) : 한 번 참조한 주소를 곧 다시 참조
    • 캐시 적중률과 밀접한 관련

 

3.3 보조기억 장치

• 프로그램과 데이터 저장
• 프로세서가 직접 접근 X(메모리는 직접 접근이 가능) → 주기억장치를 거쳐서 접근
• 용량이 크고, 가격이 저렴

 

3.4 메모리와 운영체제

• 메모리 할당 및 관리
  • 프로그램의 요청에 따른 메모리 할당 및 회수
• 가상 메모리 관리

4. 시스템 버스(System Bus)

• 하드웨어들이 데이터 및 신호를 주고 받는 물리적인 통로
  • 데이터 버스
  • 주소 버스
  • 제어 버스

5. 주변 장치

• 프로세서와 메모리를 제외한 하드웨어
  • 입력장치
  • 출력장치
  • 저장장치

 

5.1 주변장치와 운영체제

• 장치드라이버 관리
• 인터럽트 처리
• 파일 및 디스크 관리