하드웨어 구조 - 1

컴퓨터 OS를 이야기하기에 앞서서 주요 하드웨어에 대해서 알아볼까 한다.
사실 컴퓨터의 하드웨어에 대해서 깊게 이야기하면 진짜 한도 끝도 없는게 이쪽이라 OS를 다루는 부분에서 필요한 부분을 중점적으로 다룰까 한다.

CPU

일반적으로 머리 역할을 하는 칩이다. 레지스터와 연산장치, 제어장치 이렇게 세 개를 하나로 묶어서 하나의 코어로 멀티코어 CPU라고 하면 이러한 코어가 여러개인 것을 뜻한다. 이러한 코어마다 L1 캐시라고 코어가 개별적으로 사용가능한 캐시가 있고, 몇 개의 코어가 공유하는 L2 캐시가 있고, 코어들 전체가 공유하는 L3 캐시가 있다. 물론 이러한 캐시의 구조나 크기의 경우 CPU 모델에 따라 달라질 수 있다.

이런 코어는 하나의 스레드를 잡고 실행하게되는데, 하이퍼 스레딩이라는 기술로 한 개의 코어가 두 개의 스레드를 실행 할 수 있는 CPU도 있다. 이런 경우 OS에서는 CORE를 1개가 아닌 2개로 인식해서 구동한다고 한다.

컴퓨터를 부팅할 때 CPU 중에 코어 하나만을 사용하는데, 이때 사용하는 코어를 BSP(Boot Strap Processor) 그 외의 코어를 AP(Application Processor)라고 한다. 해당 코어들에는 인터럽트를 담당하는 부품이 따로 달려있는데 이러한 내용에 대해서는 차후 멀티코어에 대한 내용을 언급할때 추가적으로 다룰 예정이다.

또한 그림에서도 확인 할 수 있듯이 CPU에는 레지스터라는 것이 달려있는데 이 부분에 대한 설명은 “하드웨어에 대한 구조 5~6”에 걸쳐 설명을 해두었으니 그 부분은 확인 바란다.

RAM (Random Access Memory)

사용자가 자유롭게 읽고 쓸 수 있는 메모리로 프로그램이 구동된다고 하면 이 메모리에 해당 프로그램의 데이터가 올라가 있는 것이다.
OS와 지원하는 CPU나 메인보드에 따라 RAM의 최대 크기가 제한되기도하지만 기본적으로 이러한 RAM은 대부분 대대익선이다. 그리고 용량이 큰 것만 아니라 RAM에서 지원하는 클럭도 빨라야 실제 성능을 체감 할 수있다. RAM의 성능을 구하는 기준은 아래와 같다.

1. 용량

모든 프로그램은 램에 데이터를 올려놓고 쓴다. 물론 메모리 용량의 제한으로 인해 메모리에 일부만 올려놓고 쓰는 기법으로 (페이징) 운용하지만 메모리가 충분히 크다면 프로그램 전체를 다 올려놓고 쓸 수 있기 때문에 성능이 훨씬 빨라진다는건 당연한 이야기다.

2. 대역폭 (Bandwidth)

한번에 옮길 수 있는 데이터의 양이다. 메모리 대역폭이 높다는건 한번에 옮길 수 있는 데이터가 많다는 것으로 실상 메모리의 속도가 빠르다라고 이해해도 무방하다. 이러한 대역폭은 메모리에서 지원하는 클럭수에 비례하게 되는데 가령 3200MHz 내부 동작 클럭을 가지고 있다고하면 한번 신호할때마다 8Bytes씩 전송하므로 대역폭은 25600MB/s가 나온다.

RAM은 0번지부터 용량 만큼의 물리적인 주소를 갖는데, 이 주소들의 특정부분은 이미 예약되어있어서 사용할 수 없는 부분이 있다. OS가 사용하거나 혹은 메인보드가 사용하거나, 아니면 기기가 매핑되어있는 경우도 있는데 이 부분은 OS의 구조에 대해서 설명하기 시작하면서 추가적인 설명이 들어갈 예정이다.