오퍼레이팅 시스템 [1] - 컴퓨터 구조

in STUDY LOG / OS

‘Computer system overview’

기본 구조

컴퓨터는 크게 4개의 구성요소로 구분할 수 있다.

CPU
기억장치로 부터 명령어를 읽어와 실제로 명령어 해독, 처리, 저장까지 수행하는 중앙 처리 장치 (Central Process Unit)
메모리
CPU가 사용하기 위한 명령어, DATA, 연산결과 등의 정보를 저장해두는 기억장치
I/O 모듈
컴퓨터의 입출력을 가능하게 하는 모든 장치. 마우스, 키보드로 입력받는 USB controller, 모니터로 출력하는 Graphic adapter, 디스크에 저장되어있는 data에 접근하는 Disk controller 가 포함된다.
BUS
위 3개의 요소를 잇는 통로 ex) System bus, Memory bus, I/O bus

동작과정

  1. 하드에 저장된 실행파일을 실행한다.
  2. 해당 실행파일에 대한 data가 메모리에 쌓인다.
  3. Fetch 되어 CPU에서 실행된다. (이때 모든 명령어는 CPU에 의해 실행되며, 실행되기 전에 메모리에 저장되어 CPU는 메모리접근이 필수적이다.)

*CPU에 포함되어있는 특수목적 레지스터 PC(program counter)에 다음 실행할 명령어의 주소가 저장되고, 명령어가 IR(instructor register)에 저장되어 실행.

레지스터의 종류

레지스터란 CPU가 명령어를 수행하는데 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 기억장치이다.

범용 레지스터(Genaral purpose Register)

프로그래머가 메모리 참조를 최소화할수 있도록 해주며, 데이터값이나 계산의 중간결과등을 저장하는 목적으로 사용된다.

특수 목적 레지스터(Special purpose Register)

  • Program Counter(PC) : 다음에 FETCH될 명령어의 주소를 저장
  • Instruction Register(IR) : 가장 최근에 FETCH된 명령어를 저장
  • Program Status Word(PSW) : CPU의 현재 상태를 저장
  • Memory Address Register(MAR) : 현재 실행되는 명령어의 주소를 저장
  • Memory Buffer Register(MBR) : MAR에 저장되어 있는 명령어 내부의 (사용될) contents를 저장

MAR과 MBR이 PC로부터 주소값을 전달받아 실제로 일을 수행하는 역할을 한다.

ISA(Instruction Set Architecture)

명령어 집합구조

SW 와 HW 사이의 Interface를 정의하는것. 프로세서가 이해할 수 있는 명령어들의 집합을 말한다. 즉 하나의 프로세서에서는 해당 프로세서가 지원하는 ISA로 구성된 소프트웨어만 실행할 수 있고, ISA가 다른 소프트웨어는 실행이 불가능하다.

왜냐면 Interface가 다르니까!

Instruction 형식

명령어 형식과 정수 형식의 비교 및 opcode 예시

  1. Opcode : 명령어코드. 실행될 행동을 명시한다. ex) mov, add, jump 등
  2. Operands : 피연산자. input/output data와 그들의 주소를 명시한다.

Instruction 실행과정

프로그램 작동과정

  1. PC 레지스터에 저장되어있는 주소의 명령어를 IR로 FETCH 해온다. 이때 PC값은 거의 바로 다음 실행될 명령어의 주소로 바뀐다. (+4)
  2. IR에 저장된 명령어가 실행되고, Opcode에 따라 Operands의 data가 AC(범용레지스터)에 적재/연산되거나 메모리에 다시 저장된다.
  3. 바뀐 PC값에 따라 다음 명령어가 다시 실행되며 계속반복된다.