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운영체제. 08611082 안영준 08611055 박요섭 서규 덕. 목차. 컴퓨터 시스템의 구성요소 ( 하드웨어 , 소프트웨어 , 프로세서 ) 버스의 정의와 종류 및 기능 ( 내부버스 , 외부버스 / 데이터 , 주소 , 제어 ) 레지스터의 정의와 종류 가상메모리와 캐시 인터럽트 운영체제의 역할 , 목적 , 기능 프로세스. 컴퓨터 시스템의 구성요소. 하드웨어
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운영체제 08611082 안영준 08611055 박요섭 서규덕
목차 • 컴퓨터 시스템의 구성요소 (하드웨어, 소프트웨어, 프로세서) • 버스의 정의와 종류 및기능 (내부버스, 외부버스/데이터,주소,제어) • 레지스터의 정의와 종류 • 가상메모리와 캐시 • 인터럽트 • 운영체제의 역할, 목적, 기능 • 프로세스
컴퓨터 시스템의 구성요소 • 하드웨어 컴퓨터를 구성하는 기계 장치의 몸체를 통틀어 이르는 말. 크게 본체와 주변 장치로 나눌 수 있는데, 본체는 중앙 처리 장치와 주기억 장치로, 주변 장치는 입력 장치와 출력 장치, 보조 기억 장치로 다시 구분된다. • 소프트웨어 컴퓨터 프로그램 및 그와 관련된 문서들을 통틀어 이르는 말. 컴퓨터를 관리하는 시스템 프로그램과, 문제 해결에 이용되는 다양한 형태의 응용 프로그램으로 나눈다. • 프로세서(=처리기) 컴퓨터에서 명령을 해독하고 실행하는 기능 단위라는 뜻으로, ‘중앙 처리 장치’를 이르는 말이며, 지정된 프로그램 언어를 처리하기 위하여 번역, 해석 따위의 기능을 수행하는 프로그램.
버스의 정의와 종류 및기능 • 정의 프로세서를 비롯해 각 장치 간 또는 서브시스템을 서로 연결하여 정보를 주고받을 수 있게 해주는 통로다. 위치에 따라 내부 버스와 외부버스로 구분하며 기능에 따라 데이터 버스, 주소버스, 제어 버스로 분류한다.
버스의 종류 • 내부버스 컴퓨터 시스템에서 그 시스템 내 또는 장치 내에 밀폐되어 있는 버스. 즉 중앙 처리 장치(CPU) 버스, 주기억 장치 버스(memory bus), 시스템 버스, 로컬 버스(local bus), 입출력 버스(I/O bus) 등의 명칭으로 정의되고 일반적으로 비공개로 되어 있는 것을 말한다. 내부 버스는 기억, 연산, 제어 기능을 실현하기 위한 CPU와 주기억 장치, 입출력 장치, 외부 기억 장치, 주변 장치, 통신 처리 장치 등의 제어부분 사이를 연결하는 버스다. • 외부버스 외부 버스는 내부 버스를 경유하여 CPU와 이들 장치 상호 간을 연결하는 버스이며 내부 버스와는 달리 공개되어 있는 경우가 많다. 특히 다중 판매자 환경에서 컴퓨터 시스템을 구축하는 경우가 많아짐에 따라 외부 버스의 공개화 또는 표준화는 장치 설계상 필수 조건이다. 외부 버스로서 표준화되었거나 업계 표준 또는 사실상의 표준이 되어 있는 버스로는 범용 인터페이스 버스(GPIB), VME 버스, 멀티버스(MULTIBUS), ISA 버스, EISA 버스, MCA 버스 등이 있다.
버스의 기능 • 데이터 버스 중앙 처리 장치, 기억 장치, 입출력 장치 사이에서 서로 데이터를 주고받을 수 있도록 규격화된 통로. 일반적으로 데이터가 진행하는 통로를 이르며, 양방향으로 진행이 가능하므로 흔히 ‘양방향 버스’라고도 한다. 또는 자료 통로 • 주소 버스 마이크로프로세서가 기억 장치 또는 접속기의 주소를 지정할 때 지정된 주소의 신호가 흐르는 통로. 또는 번지 버스. • 제어버스 마이크로프로세서가 시스템 전체의 동작을 제어하는 신호의 통로. 또는 통제 버스.
레지스터의 정의와 종류 • 정의 레지스터는 용도에 따라 전담 레지스터와 범용 레지스터로 나누고 저장되는 정보의 종류에 따라 데이터 레지스터, 주소 레지스터, 상태 레지스터로 구분한다. 또한 저장된 정보의 변경 여부에 따라 사용자 가시 레지스터와 사용자 불가시 레지스터로 구분된다.
레지스터의 종류 • 명령 레지스터(instruction register) 현재 실행 중인 명령어를 기억하고 있는 중앙 처리 장치 내의 레지스터. 중앙 처리 장치의 인출 주기에서 프로그램 계수 장치가 지정하는 주기억 장치의 주소에 있는 명령어를 명령어 레지스터로 옮기면, 실행 주기에서 명령어 해독기가 명령어 레지스터에 있는 명령어를 해독한다. • 주소 레지스터(address register) 기억 주소나 장치의 주소를 기억하는 레지스터. 명령 주소를 나타내는 레지스터를 명령 계수기(instruction counter)라고 하는데, 이 명령 계수기의 기능은 실행 중인 명령 또는 다음에 실행할 명령의 위치를 보관한다.
가상메모리와 캐시 • 가상메모리 메인 메모리의 유효 크기를 늘리는 기법으로 디스크 같은 보조기억장치에 프로그램이나 데이터를 저장했다가 필요할 때 다시 메인 메모리로 이동시키는 기술 • 캐시 처리 속도가 빠른 프로세서와 느린 메인 메모리 상에서 데이터나 정보를 저장하는 고속 버퍼. 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 장소를 가리킨다. 캐시의 접근 시간에 비해 원래 데이터를 접근하는 시간이 오래 걸리는 경우나 값을 다시 계산하는 시간을 절약하고 싶은 경우에 사용한다. 캐시에 데이터를 미리 복사해 놓으면 계산이나 접근 시간 없이 더 빠른 속도로 데이터에 접근할 수 있다.
인터럽트 • 현재 실행 중인 프로그램의 수행을 연기하고 다른 프로그램의 수행을 요구하는 명령어이다. 시스템의 처리 효율을 향상시키기 위해 사용되며 프로그램이 실행 순서를 바꿔가면서 처리되기 때문에 다중 프로그래밍에 사용된다. • 입/출력 장치가 CPU에게 자신의 상태 변화를 통보하는 하드웨어 기법을 인터럽트라 한다. • CPU하드웨어는 인터럽트 요청 라인이라고 불리는 선을 하나 갖는데 CPU는 매 명령어를 끝내고 다음 명령어를 수행하기 전에 인터럽트 요청 라인을 검사한다.
운영체제의 역할, 목적, 기능 • 역할 -자원을 효율적으로 관리하고, 응용 프로그램의 실행 제어 - 작업의 연속적인 처리를 위한 스케줄 관리 - 사용자와 컴퓨터간 인터페이스 제공 - 메모리 상태와 운영 관리 - 하드웨어 주변장치 관리 - 프로그램이나 데이터 저장, 액세스 제어에 필요한 파일 관리 - 프로그램 수행을 제어하는 프로세서 관리
운영체제의 목적 • 응답시간(Turnaround Time)의 단축 : 사용자가 컴퓨터에게 어떤 일의 처리를 지시한 후 결과를 얻을 수 있을 때까지의 시간이 짧을수록 좋다. • 처리능력(Throughput) 향상 : 단위 시간 내에 최대한 많은 양의 일을 처리할 수 있으면 좋다. • 신뢰도(Reliability) 향상 : 시스템이 얼마만큼 고장 없이 주어진 기능을 정확하게 수행하는가를 의미한다. • 사용가능도(Availability) : 시스템 자원이 요구하는 총 시간에 대해 실제 시스템 자원의 사용 가능한 시간을 말한다.
운영체제의 기능 • 프로세서 관리 - 하드웨어에 의존된 가장 하위 단계 수준으로 프로세서 스케줄링을 통해 실행 가능한 프로세서를 추적 관리한다. • 주기억장치의 관리 - 주기억장치의 접근을 관리, 제어하는 장치의 부분으로 주소 변환, 기억 보호, 버퍼 등의 기능을 수행한다. • 보조기억장치 관리 - 하드디스크나 디스켓 등의 기억장치에 대한 접근 관리, 제어 등을 수행하는 기능을 한다. • 입출력시스템 관리 - 컴퓨터의 입출력 장치는 중앙 시스템과 외부와 효율적인 통신방법을 제공한다. - 입출력장치는 일명 주변장치라고도 하는데 가장 기본적인 것으로 키보드, 디스플레이장치, 프린터와 보조기억장치인 자기 테이프나 자기 디스크 등이 있다. • 파일 관리 - 운영체제는 프로그램이나 데이터를 파일 단위로 관리하며 저장장치에 파일 단위로 저장한다.
프로세스 • 여러 분야에서 과정(過程) 또는 처리(處理)라는 뜻으로 사용되는 용어로, 컴퓨터 분야에서는 ‘실행중인 프로그램’이라는 뜻으로 쓰인다. 1960년대 중반 멀틱스(Multics:multiplexed information and computing service) 시스템을 설계한 벨전화연구소의 연구원들이 처음 사용했다고 알려져 있다. 프로그램 또는 그 일부를 뜻하기도 하고, 데이터의 입력이나 출력 등을 조작하거나 처리하는 것을 말하기도 한다. • 부모프로세스(parent process)라는 상위계층과 자식프로세스(child process)라는 하위계층이 존재한다. 부모프로세스는 프로그램이나 명령어에 의해 시작되며, 자식프로세스는 부모프로세스에 의해 만들어지는 것을 말한다. 하나의 부모프로세스는 여러 개의 자식프로세스를 관리하는데, 여러 개의 자식프로세스가 하나의 CPU에서 동시에 처리되는 것처럼 보이는 것을 멀티태스킹(multitasking)이라고 한다.
프로세스의 구성과 역할 -실행스택: 호출된 프로시저(함수)의 복귀 주소와 지역 변수등의 일시적인 데이터를 저장하는 영역 -실행 힙: 텍스트(코드)영역과는 별도로 유지되는 자유 영역 -데이터: 프로세스 실행 중 동적으로 할당 받는 영역, 전역 또는 정적 변수 저장 -텍스트: 프로세서가 실행하는 코드 저장
프로세스의 상태 변화 -준비 프로세스는 디스패치가 프로세서를 할당하면 다시 실행 상태로 변경 -실행프로세스가 자발적으로 프로세서 반환 전 할당된 시간이 경과하면 준비상태로 변경 실행하다 입출력 명령이 발생 시 대기상태로 대기 -프로세스는 보류이유가 제거 되면 준비상태로 변경
프로세스 제어 블록(PCB) • 운영체제가 프로세스에 대한 유용한 정보를 저장해 놓을 수 있는 저장 장소 • 운영체제가 CPU를 다른 프로세스에게 넘겨주고자 할 때는 바로 해당 프로세스의 PCB에 있는 저장 장소에 여러 가지 정보를 저장시키고 차후에 이 프로세스가 다시 실행 될 경우에는 이 장소에 보관된 정보를 재사용 • PCB의 주요 내용 • 프로세스의 현재 상태 • 프로세스의 고유 식별자 • 프로세스의 우선순위 • 프로세스가 적재된 주기억장치 주소 • 프로세스에 할당된 자원에 대한 정보
프로세스 관리 • 부모 프로세스/자식 프로세스 • 자식 프로세스 생성 시 필요한 자원을 운영체제로부터 직접 또는 부모 프로세스의 자원 일부 사용 가능. • 부모 프로세스는 자식 프로세스에 자원을 나눠주거나 일부 자원 공유 가능. • 자원의 일부만 사용하도록 제한하면 시스템에 부담을 주는 것을 방지 가능함. • 프로세스 생성 시 획득하는 다양한 물리적, 논리적 자원 외에도 약간의 초기화 데이터가 부모 • 프로세스에서 자식 프로세스로 전달되는 경우도 있음. • 새로운 프로세스 생성 시 실행과 관련해 다음 두 가지 경우가 가능함. • 부모 프로세스와 자식 프로세스가 동시에 실행됨. • 부모 프로세스는 자식 프로세스들이 모두 종료될 때까지 기다림. • 새로운 프로세스의 주소 공간은 다음 두 가지 경우가 가능함. • 자식 프로세스가 부모 프로세스의 주소 공간을 복사. • 유닉스는 각 프로세스마다 정수로 된 고유한 프로세스 식별자를 가짐. • 새로운 프로세스는 fork() 명령에 의해 생성, 주소 공간은 부모 프로세스의 주소 공간을 복사함. • 부모 프로세스와 자식 프로세스의 정보 교환이 쉬움. • 자식 프로세스가 별도의 프로그램을 적재.
