[OS] 운영체제와 컴퓨터 구조의 이해

안녕하세요 배트맨🦇 입니다 !

CS 공부 중 핵심 과목인 운영체제 과목에 대해 오늘부터 차근차근 정리해보려고 합니다.

첫 번째 포스팅에서는 운영체제가 무엇인지와 컴퓨터는 어떻게 구성되어있는지 가볍게 알아보겠습니다.

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운영체제란?

컴퓨터는 결국 입력을 받아 연산을 하고 출력을 하는 기계라고 볼 수 있습니다. 하지만 유저가 컴퓨터를 사용할 때, 수많은 I/O 장치들을 관리하고, 메모리에서 필요한 정보를 읽어와 계산하는 등 복잡한 과정은 생각하지 않아도 됩니다. 바로 이 모든 작업을 운영체제가 도와주고 있기 때문입니다. 운영체제는 유저가 사용하는 응용 프로그램과 하드웨어 사이에 위치하면서 유저가 편리하게 컴퓨터를 사용할 수 있게 도와주는 역할을 합니다. 

 

운영체제의 기능

1. 운영체제는 제한된 자원(CPU, memory)을 효율적으로 분배하고 관리하는 역할을 합니다.

2. 유저가 하드웨어의 구조를 잘 모르더라도 쉽게 이용할 수 있도록 여러 서비스를 제공합니다.

3. 응용 프로그램과 하드웨어 간의 인터페이스를 제공합니다. 

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운영체제의 부팅 과정

운영체제는 어떻게 하드웨어 위에서 시작될까 ?

용어

• RAM (random access memory) : 휘발성 메모리, 전원이 끊어지면 모든 데이터가 소멸
• ROM(read only memory) : 비휘발성 메모리, 전원이 끊어져도 데이터가 소멸되지 않음, 읽기만 가능, 수정은 불가능
• POST(power-on-self-test): 많은 디지털 장치들이, 전원이 켜진 후 제일 먼저 수행하는 루틴, 이상이 없으면 부트로더 코드를 호출하는 것이 일반적

출처 https://www.notion.so/def7e9fa16be4d829c0243cbc7099f65

1. 컴퓨터의 전원이 켜지면, 프로세서는 ROM에 위치한 POST(power-on-self-test)를 실행시킵니다.
2. POST는 boot loader를 실행시키고, boot loader는 디스크에 있는 OS를 RAM(메인 메모리)로 가져옵니다.

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컴퓨터 구조

컴퓨터의 구성요소를 크게 네 가지로 본다면 프로세서, 입출력 장치, 메인 메모리, 시스템 버스로 나눌 수 있습니다.

각각의 기능을 살펴보겠습니다.

프로세서

CPU라고도 불리며, 컴퓨터의 모든 동작을 제어합니다. 또, 연산 기능을 수행합니다.

CPU 내부에는 여러 종류의 레지스터가 있습니다. CPU 가 동작할 때 다양한 레지스터를 활용합니다.

메인 메모리

휘발성 메모리이고, 메모리 접근 속도가 매우 빠릅니다.

입출력 장치

컴퓨터가 외부 환경과 데이터를 주고받을 수 있도록 해줍니다.

메모리 디스크, 키보드, 마우스, 모니터 등 다양한 종류가 있습니다.

시스템 버스

위 세 종류의 장치 사이에 데이터 교환이 일어날 수 있게 통로 역할을 합니다. 

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추가 구성요소

레지스터

레지스터는 CPU 내부에서 가장 빠르며, 작은 메모리로 CPU가 연산을 할 때 직접 사용합니다.

다양한 종류의 레지스터가 있는데 각각 기능과 담는 데이터가 다릅니다.

캐시 메모리

캐시 메모리는 레지스터가 메모리에서 데이터를 가져오는 속도를 단축시키기 위해 자주 쓰는 데이터를 임시로 저장해놓는 버퍼 역할을 합니다.

보조 기억장치

용량이 큰 대신 속도가 느리다는 특징을 가졌습니다.

보조 기억장치는 CPU가 직접 접근할 수 없습니다.

또, 메인 메모리와 달리 비휘발성인 특징을 가지고 있습니다.

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오늘은 간단하게 운영체제가 무엇인지에 대해 알아보고 이해를 위해 알아두면 좋을 컴퓨터 구조에 대해 포스팅했습니다.

다음 포스팅부터는 운영체제 과목의 목차에 따라 진행하겠습니다.