[운영체제] 1. 컴퓨터 구조(CPU 동작원리)

• 컴퓨터 구조는 CPU, 주기억장치, 보조 기억장치, I/O devices로 구성되며, 이를 관리하는 소프트웨어를 운영체제라고 한다. 운영체제는 사용자와 직접적으로 소통하지 않고 시스템 서비스를 제공하며, 동시에 다수의 프로그램이 동작하고, 주기억장치, I/O device 등의 자원을 관리하고 보호하는 역할을 한다.

• 컴퓨터의 역사를 보면, 진공관 시대에서 트랜지스터와 배치 시스템, ICs와 멀티프로그래밍, 개인용 컴퓨터 시대로 발전해왔다. 특히, I/O device에서 입출력을 실행하는 동안 CPU가 하는 일이 없어서 CPU를 효율적으로 사용하기 위해 멀티프로그래밍이 등장하게 되었다.

• CPU의 동작 원리는 프로그램 카운터(PC)에서 읽어야 할 메모리 주소를 메모리 주소 레지스터(MAR)로 이동시키고, MAR은 해당 주소의 데이터를 메모리 버퍼 레지스터(MBR)에 저장하는 것으로 시작한다. 이후 MBR의 데이터가 명령이면 명령 레지스터(IR)에 저장하고, 제어 장치로 이동시킨다. 제어 장치의 명령에 따라 MAR은 지정된 주소로 이동하여 해당 주소의 데이터를 MBR에 저장하고, MBR의 데이터가 명령어가 아니면 누산기에 저장한다.

• CPU의 속도를 향상시키기 위해 파이프라이닝 기술을 도입하며, 이를 통해 여러 명령어를 동시에 처리할 수 있다. 또한 멀티스레딩과 멀티코어 칩을 도입하여 병렬 처리를 통해 성능을 향상시킨다.