[쉽게 배우는 운영체제] Chapter 02. 컴퓨터의 구조와 성능 향상

01 폰노이만 구조

폰노이만 구조의 특징은 모든 프로그램은 메모리에 올라와야 실행할 수 있다는 것이다.

 

02 버스와 레지스터

메인보드의 시스템을 FSB, CPU 내부 버스를 BSB라고 한다. 시스템 버스는 제어 버스, 주소 버스, 데이터 버스로 구성되며 이 중 단방향 버스는 주소 버스다. 제어 버스는 제어장치, 주소 버스는 MAR, 데이터 버스는 MBR과 연결된다.

 

03 CPU와 레지스터

CPU의 구성 요소는 산술논리 연산장치, 레지스터, 제어장치다. 다음에 실행할 주소를 가진 레지스터는 PC이며, 현재 실행 중인 명령어를 저장한 레지스터는 IR이다. 데이터를 가져오거나 반대로 메모리로 데이터를 보낼 때 주소를 지정하기 위해 사용하는 레지스터는 MAR이며, 메모리에서 가져온 데이터나 메모리로 옮겨 갈 데이터를 임시로 저장하는 레지스터는 MBR이다.

 

04 컴퓨터 성능 향상 기술

▶ 버퍼

속도 차이가 있는 두 장치 사이에서 그 차이를 완화하는 역할을 한다. 입출력장치가 독립적으로 동작하도록 고안된 소프트웨어적인 버퍼를 스풀이라고 한다. 버퍼 중에서 앞으로 사용할 것을 미리 가져와 속도를 향상하는 장치를 캐시라고 한다. 캐시에 원하는 데이터가 있는 경우 캐시 히트, 원하는 데이터가 없는 경우 캐시 미스라고 한다.

 

▶ 저장장치의 계층 구조

CPU 가까이 고속의 메모리를 배치하는 방법이다. 적당한 가격으로 빠른 속도와 큰 용량을 동시에 얻을 수 있다.

 

▶ 인터럽트 방식

CPU 작업과 입출력 작업을 분리하여 효율을 높이는 방식이다. CPU는 입출력 관리자에게 작업을 지시하고, 입출력 관리자는 입출력이 끝나면 CPU에 인터럽트를 보낸다.

 

▶ 직접 메모리 접근

입출력 관리자에게 CPU의 허락 없이 메모리에 접근할 수 있게 권한을 주는 것을 직접 메모리 접근(DMA)이라 한다.

 

▶ 메모리 맵 입출력

메모리의 일정 공간을 입출력에 할당하여 CPU가 사용하는 데이터와 입출력장치가 사용하는 데이터가 섞이지 않게 관리하는 기법이다.

 

▶ 사이클 훔치기

메모리에 동시에 접근했을 때 CPU가 메모리 사용 권한을 장치 관리자에게 양보하는 것이다.

 

05 멀티 프로세싱

최신 CPU는 멀티코어와 병렬 처리 기법을 사용하여 CPU 성능을 높인다. 멀티코어 시스템에서는 하나의 칩에 CPU의 핵심이 되는 코어를 여러 개 만들어 여러 작업을 동시에 처리할 수 있다. 하나의 코어에서 여러 개의 스레드를 동시에 처리하는 방법을 CPU 멀티스레드라고 한다.

 

 

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연습문제 01. 데이터의 이동 통로를 나타내는 것은?

① 입력장치

② CPU

③ 출력장치

④ 버스

 

연습문제 02. CPU와 메모리 등 다양한 부품을 연결하고 전원을 공급해 주는 커다란 판을 나타내는 것은?

① 메인 메모리

② USB 드라이브

③ 메인보드

④ SSD

 

연습문제 03. First In, First Out의 자료구조는?

① queue

② array

③ linked list

④ stack

 

연습문제 04. First In, Last Out의 자료구조는?

① queue

② array

③ linked list

④ stack

 

연습문제 05. 동적 메모리 할당을 사용하여 공간 관리가 편리한 자료구조는?

① 큐

② 배열

③ 연결 리스트

④ 스택

 

연습문제 06. 폰노이만 구조에서 모든 프로그램은 ()에 올라와야 실행할 수 있다. 괄호 안에 들어갈 적당한 단어는?

① 하드디스크

② 메인메모리

③ 마우스

④ 키보드

 

연습문제 07. 요리사 모형의 도마(작업 공간)와 가장 관련이 높은 것은?

① 프로세스

② CPU

③ 저장장치

④ 메모리

 

연습문제 08. 1초당 변화를 나타낼 때 사용하는 단위는?

① Hz

② TB

③ PB

④ GB

 

연습문제 09. CPU의 구성 요소와 거리가 먼 것은?

① 산술논리 연산장치

② 제어장치

③ 레지스터

④ 시스템 버스

 

연습문제 10. CPU의 구성 요소 중 연산을 담당하는 것은?

① ALU

② control unit

③ register

④ FSB

 

연습문제 11. 실행할 주소를 가진 레지스터는?

① IR

② PC

③ MBR

④ MAR

 

연습문제 12. 현재 실행중인 명령어를 저장한 레지스터는?

① IR

② PC

③ MBR

④ MAR

 

연습문제 13. 데이터를 가져오거나 반대로 메모리로 데이터를 보낼 때 주소를 지정하기 위해 사용하는 레지스터는?

① IR

② PC

③ MBR

④ MAR

 

연습문제 14. 메모리에서 가져온 데이터나 메모리로 옮겨 갈 데이터를 임시로 저장하는 레지스터는?

① IR

② PC

③ MBR

④ MAR

 

연습문제 15. 분기를 위한 연산 결과를 저장하는 레지스터는?

① PSR

② PC

③ MBR

④ AR

 

연습문제 16. 단방향 버스는?

① 후면 버스

② 데이터 버스

③ 제어 버스

④ 주소 버스

 

연습문제 17. 32bit CPU에서 같은 크기가 아닌 것은?

① MBR의 크기

② MAR의 크기

③ 버스의 대역폭

④ 메모리에 저장할 수 있는 양

 

연습문제 18. 나머지 3개와 종류가 다른 것은?

① 플래시 메모리

② SDRAM

③ DRAM

④ EPROM

 

연습문제 19. 운영체제를 실행하기 위한 작은 코드를 나타내는 것은?

① bootstrap

② master boot record

③ control unit

④ BIOS

 

연습문제 20. 입출력장치가 독립적으로 동작하도록 고안된 소프트웨어적인 버퍼는?

① BSB

② spool

③ CPU cache

④ Web cache

 

연습문제 21. 앞으로 사용할 것을 미리 가져와 속도를 향상하는 장치는?

① BSB

② spool

③ cache

④ FSB

 

연습문제 22. 캐시에 원하는 데이터가 있는 경우를 나타내는 것은?

① cache hit

② cache miss

③ cache hit ratio

④ cache size

 

연습문제 23. 캐시에 원하는 데이터가 없는 경우를 나타내는 것은?

① 캐시 히트

② 캐시 미스

③ 캐시 적중률

④ 캐시 크기

 

연습문제 24. 저렴한 가격으로 속도는 레지스터처럼, 용량은 하드디스크처럼 시스템을 구성해 주는 것은?

① 저장장치의 계층 구조

② 인터럽트

③ 직접 메모리 접근

④ 메모리 맵 입출력

 

연습문제 25. cpu 작업과 입출력 작업을 분리하여 효율을 높이는 기법은?

① 저장장치의 계층 구조

② 인터럽트

③ 직접 메모리 접근

④ 메모리 맵 입출력

 

연습문제 26. 메모리의 일정 공간을 입출력에 할당하는 기법은?

① 사이클 훔치기

② 인터럽트

③ 직접 메모리 접근

④ 메모리 맵 입출력

 

연습문제 27. 입출력 관리자에게 CPU의 허락 없이 메모리에 접근할 수 있게 하는 권한은?

① cycle stealing

② interrupt

③ DMA

④ MMIO

 

연습문제 28. CPU가 메모리 사용 권한을 장치 관리자에게 양보하는 것을 나타내는 용어는?

① 사이클 훔치기

② 인터럽트

③ 직접 메모리 접근

④ 메모리 맵 입출력

 

연습문제 29. 컴퓨터의 필수장치는 CPU와 (메모리)다.

 

연습문제 30. (버스)는 컴퓨터에서 데이터의 이동 통로다.

 

연습문제 31. (메인보드)는 CPU와 메모리 등 다양한 부품을 연결하고 전원을 공급해 주는 커다란 판이다.

 

연습문제 32. 폰노이만 구조에서 모든 프로그램은 (메모리)에 올라와야 실행할 수 있다.

 

연습문제 33. (기계어)는 컴퓨터가 이해할 수 있는 숫자로만 이루어진 언어다.

 

연습문제 34. (어셈블리어)는 기계어를 사람이 이해할 수 있는 문자 형태로 바꿔놓은 프로그래밍 언어다.

 

연습문제 35. (컴파일)은 프로그래밍 언어로 작성된 소스코드를 컴퓨터가 실행할 수 있는 기계어로 번역하여 실행 파일을 만든 후 한꺼번에 실행하는 것이다.

 

연습문제 36. (큐)는 First In, First Out의 자료구조다.

 

연습문제 37. (스택)은 First In, Last Out의 자료구조다.

 

연습문제 38. (연결 리스트)는 동적 메모리 할당을 사용하여 공간 관리가 편리한 자료구조다.

 

연습문제 39. (Hz)는 1초당 변화를 나타낼 때 사용하는 단위다.

 

연습문제 40. (FSB)는 메인보드의 시스템 버스를 나타내는 말이다.

 

연습문제 41. CPU의 구성 요소는 산술논리 연산장치, (레지스터), (제어장치)다.

 

연습문제 42. (ALU)는 CPU의 구성 요소 중 연산을 담당한다.

 

연습문제 43. (PC)는 다음에 실행할 주소를 가진 레지스터다.

 

연습문제 44. (IR)는 현재 실행 중인 명령어를 저장한 레지스터다.

 

연습문제 45. (MAR)는 데이터를 가져오거나 반대로 메모리로 데이터를 보낼 때 주소를 지정하기 위해 사용하는 레지스터다.

 

연습문제 46. (MBR)는 메모리에서 가져온 데이터나 메모리로 옮겨 갈 데이터를 임시로 저장하는 레지스터다.

 

연습문제 47. 시스템 버스(FSB)는 제어 버스, (주소 버스), (데이터 버스)로 구성된다.

 

연습문제 48. (주소 버스)는 시스템 버스(FSB) 중 방향 버스다.

 

연습문제 49. 시스템 버스(FSB) 중 제어 버스는 CPU의 (제어 장치)와 연결된다.

 

연습문제 50. 시스템 버스(FSB) 중 주소 버스는 CPU의 (MAR)와(과) 연결된다.

 

연습문제 51. 시스템 버스(FSB) 중 데이터 버스는 CPU의 (MBR)와(과) 연결된다.

 

연습문제 52. (부트스트랩)은 부팅 과정에서 운영체제를 실행하기 위한 작은 코드다.

 

연습문제 53. (버퍼)는 두 장치 사이에서 속도의 차이를 완화하는 역할을 한다.

 

연습문제 54. (스풀)은 입출력장치가 독립적으로 동작하도록 고안된 소프트웨어적인 버퍼다.

 

연습문제 55. (캐시)는 버퍼 중 앞으로 사용할 것을 미리 가져와 속도를 향상하는 장치다.

 

연습문제 56. (저장장치의 계층 구조)는 저렴한 가격으로 속도는 레지스터처럼, 용량은 하드디스크처럼 시스템을 구성해 준다.

 

연습문제 57. 저장장치의 계층 구조는 저장장치 사이에서 데이터의 (일관성 유지)가 문제다.

 

연습문제 58. (인터럽트)는 CPU 작업과 입출력 작업을 분리하여 효율을 높이는 방식이다.

 

연습문제 59. (메모리 매핑 입출력)은 메모리의 일정 공간을 입출력에 할당하는 기법이다.

 

연습문제 60. (직접 메모리 접근)은 입출력 관리자가 CPU 허락 없이 메모리에 접근할 수 있는 권한이다.

 

연습문제 61. (사이클 훔치기)는 CPU가 메모리 사용 권한을 장치 관리자에게 양보하는 것을 말한다.

 

연습문제 62. CPU의 기본 구성 요소를 설명하시오.

CPU의 구성 요소는 산술논리 연산장치, 레지스터, 제어장치입니다.

 

연습문제 63. 사용자 불가시 레지스터들을 간단히 설명하시오.

사용자 불가시 레지스터는 사용자가 임의로 변경할 수 없는 레지스터로, 프로그램 카운터, 명령어 레지스터, 메모리 주소 레지스터, 메모리 버퍼 레지스터가 이에 해당됩니다.

 

연습문제 64. 시스템 버스를 구성하는 세 가지 버스의 특징을 간단히 설명하시오.

시스템 버스는 메모리와 주변장치를 연결하는 버스이며 메인보드의 동작 속도를 의미합니다. 시스템 버스에는 제어 버스, 주소 버스, 데이터 버스가 존재합니다.

제어 버스는 제어장치와 연결된 버스로, CPU가 메모리와 주변장치에 제어 신호를 보내기 위해 사용됩니다.

주소 버스는 메모리 주소 레지스터와 연결된 버스로, 데이터를 읽거나 쓸 때 메모리나 주변장치에 위치 정보를 보내기 위해 사용하며 단방향입니다.

데이터 버스는 메모리 버퍼 레지스터와 연결된 버스로, 데이터의 이동이 양방향으로 이루어집니다.

 

연습문제 65. 캐시에 대하여 설명하시오.

캐시는 메모리와 CPU 간의 속도 차이를 완화하기 위해 메모리의 데이터를 미리 가져와 저장해 두는 임시 장소입니다.

 

연습문제 66. 폴링과 인터럽트의 차이를 설명하시오.

폴링 방식은 CPU가 직접 입출력장치에서 데이터를 가져오거나 내보내는 방식이지만 CPU가 모든 입출력에 관여하면 작업 효율이 현저하게 떨어져 CPU의 작업과 저장장치의 데이터 이동을 독립적으로 운영함으로써 시스템의 효율을 높이는 인터럽트 방식이 사용됩니다.

 

연습문제 67. 멀티 프로세싱에 대하여 설명하시오.

멀티코어 시스템에서 하나의 칩에 CPU의 핵심이 되는 코어를 여러 개 만들어 여러 작업을 동시에 처리하는 것을 의미합니다.