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운영체제 이해 및 관리

CPU(Central Processing Unit, 중앙처리장치)의 구조적 이해

CPU의 구조 이해

CPU 개념

• 입력장치로부터 자료를 받아 연산하고 그 결과를 출력장치로 보내는 일련의 과정을 제어 · 조정하는 핵심장치
• 사람의 두뇌에 해당

CPU의 구성요소

레지스터(Register) 종류

버스 시스템 (Bus System)

버스(Bus)의 정의

• 버스(Bus)는 시스템에 많은 장치를 공유하며 데이터, 주소, 제어 정보를 전달하는 전송 라인
• 한정된 자원이므로 버스를 획득하기 위한 경합이 많이 발생하는 장치
• 사용하는 방식에 따라 입출력 성능에 영향을 줌

버스(Bus) 종류

CPU의 명령 실행 주기(Instruction Cycle)

• 하나의 명령어 실행이 끝난 후, 다음 명령어의 수행이 시작되어 끝나는 시간
• 패치(fetch), 간접(indirect), 실행(execution), 인터럽트(interrupt)로 구성
• 실행 주기는 2단계, 4단계, 5단계 사이클로 구분된다.

메모리 시스템 (Memory System)

기억장치 계층구조 (Memory Hierachy)

• 크기, 속도, 가격당 성능에 따라 분류된 기억장치를 계층적으로 구성함으로써 평균 기억장치 액세스 속도는 높이고 가격 대비 성능비도 적절히 유지하기 위한 설계 아키텍처

메모리 계층구조의 이유

• 액세스 속도가 높아질수록 비트당 가격도 높아진다.
• 용량이 커질수록 비트당 가격은 낮아진다.
• 용량이 커질수록 액세스 속도는 낮아진다.

캐시 메모리 (Cache Memory)

• CPU와 주기억장치(Memory)의 속도 차이를 극복하기 위해서 CPU와 주기억장치 사이에 존재하는 고속의 버퍼 메모리

캐시 메모리(Cache Memory) 정의

• 중앙처리장치가 읽어 들인 데이터들로 채워지는 버퍼 형태의 고속 기억장치이다.

캐시 메모리 사상(Mapping) 방식

• 직접사상 (Direct mapping)
  • Main Memory를 여러 구역으로 분할하여 Cache 슬롯과 매핑
  • 장점
    • 매핑 절차가 단순하고 신속하게 처리
  • 단점
    • 높은 캐시 미스율
• 연관사상(Associate Mapping)
  • Main Memory의 각 블록이 Cache의 어느 슬롯이든 적재 가능
  • 장점
    • 지역성 높은 접근 시 캐시 적중률 높음
  • 단점
    • 구현 하드웨어가 복잡하여 구현 비용 상승
• 집합 연관사상(Set Associate Mapping)
  • 직접사상 / 연관사상 절출 방식으로 캐시와 메모리가 M 대 1로 대응한다.
  • 장점
    • 직접사상과 연관사상의 장점 수용
  • 단점
    • 캐시 Fin/Fout 발생 증가, 구현 비용이 많이 듦

캐시 메모리 관리 방식

캐시 메모리 교체 알고리즘

페이지 교체 관리 시 문제점

페이지 교체 관리 문제 해결 방안