[운영체제/컴퓨터 구조] 컴퓨터 하드웨어의 구성요소

이 전에 운영체제의 일 중 하나가 하드웨어를 관리하는 일이라고 했었습니다.

운영체제는 하드웨어와 뗄레야 뗄 수 없는 관계입니다. 따라서 컴퓨터 구조를 당연히 알고 있어야 하기 때문에 이번에는 컴퓨터 구조 즉, 컴퓨터의 요소들에 대해 한 번 짚어보겠습니다.

 

컴퓨터는 크게 하드웨어와 소프트웨어로 나눌 수 있습니다.

 

소프트웨어에는 운영체제(OS), 컴파일러, 어셈블러, 로더 등이 있고,

하드웨어에는 크게 중앙처리장치인 CPU, 주 기억장치인 Memory, 입/출력장치로 구성되어 있습니다.

컴퓨터의 구성요소

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CPU (중앙 처리 장치)

• CPU(Central Processing Unit / 중앙 처리 장치) 
  • 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치
  • 제어 장치 (CU, Control Unit) : 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 부품
  • 레지스터 (Register) : CPU 내부의 매우 빠른 "임시"기억장치, CPU와 직접 연결 되어 있어 연산속도가 메모리보다 훨씬 빠른것이 특징입니다.
    • CPU 자체는 데이터 저장방법이 없어, 이 레지스터를 통해 데이터가 전달됩니다.
  • 산술논리연산장치 (ALU, Arithmetic Logic Unit) : 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 산술연산과 논리곱, 논리합, 부정 등의 논리연산을 수행하는 디지털 회로입니다.

운영체제의 커널이 프로그램을 메모리에 올려 "프로세스를 만들면" CPU가 이를 처리합니다.

CPU의 연산 처리 
1. 제어장치(CU)가 메모리로부터 계산할 값을 받아옵니다. 이 때, 임시기억장치인 레지스터에도 전달합니다.
2. 제어장치가 메모리로부터 받아온 값을 ALU에게 전달하여 계산을 명령합니다.
3. 제어장치가 계산된 값을 임시 기억장치인 레지스터에 저장하고 다시 레지스터에서 메모리로 계산할 값을 저장합니다.

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주 기억 장치(Main Memory, RAM)

• 메모리는 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치입니다.
• 보통 RAM을 일컬어 메모리라고 합니다.
• CPU는 "계산"을 담당한다면 RAM은 "기록, 저장"을 담당합니다.

CPU - 일꾼,
메모리 - 작업물 저장해주는 작업장,
작업장(메모리)가 클수록 많은 일을 할 수 있다!

번외로 CPU의 레지스터는 "임시"기억장치니까 일꾼의 "주머니" 정도로 생각하면 될 것 같습니다.

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입/출력 장치 (I/O)

• 입력장치: 컴퓨터 내부로 데이터를 입력하는 장치로 키보드, 마우스 등이 있습니다.
• 출력장치: 컴퓨터 데이터를 외부로 표현하는 장치로 프린터, 모니터, 스피커 등이 있습니다.

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그 외 다양한 요소들 

시스템 버스

• 컴퓨터의 구성 요소들 간에 커넥터와 케이블로 연결하여 "데이터 전송을 위한 통로"입니다.
• 컴퓨터 시스템의 주요 부품 사이에서 데이터와 제어 시그널을 위한 통신을 제공하는 통신 시스템으로 볼 수 있습니다.
• 기능 별로 구분하자면 어드레스 버스, 제어 버스, 데이터 버스가 있습니다.

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타이머

• 타이머(Timer)는 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할을 합니다. 시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 떄 제한을 걸기 위해 존재합니다.

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디바이스 컨트롤러

• 디바이스 컨트롤러(DC)컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU 

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DMA Controller 

DMA 컨트롤러는 I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 해주는 하드웨어 장치입니다. (Direct Memory Access, DMA Controller)

 

CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에, CPU 부하를 막아주며 CPU의 일을 부담하는 보조일꾼입니다. 

•  또한 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지해줍니다.
• 직접 메모리 접근(DMA)은 특정 하드웨어 하위 시스템이 CPU와 독립적으로 메인 시스템 메모리에 접근할 수 있게 해주는 컴퓨터 시스템의 기능

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