[운영체제] CPU와 메모리

대부분의 컴퓨터 작업은 CPU와 메모리의 협업으로 이루어지므로 필수 장치로 분류됩니다. 이번 글에서는 CPU와 메모리에 대해 알아봅시다.

🔷 CPU

CPU는 명령어를 해석하여 실행하는 장치입니다. 인간으로 치면 뇌에 해당한다고 볼 수 있고 우리가 흔히 운영체제를 이해하는 데 사용하는 요리사 모형에서 요리사에 해당합니다.

컴퓨터의 속도는 CPU의 연산 능력에 따라 달라집니다. 보통 CPU의 속도를 나타내는 단위로 클록(clock)을 사용합니다.

 

CPU의 구성요소는 크게 3가지로 분류할 수 있습니다.

1. 산술 논리 연산장치 (요리)
2. 제어장치 (작업 지시)
3. 레지스터 (재료 임시 보관)

🔴  산술 논리 연산장치

CPU에서 데이터를 연산하는 역할을 하는 장치입니다. 데이터의 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 같은 산술 연산과 AND, OR 같은 논리 연산을 수행합니다.

🔴  제어장치

CPU에서 작업을 지시하는 장치를 의미합니다.

🔴  레지스터

CPU에서 작업을 하다가 데이터를 임시적으로 보관을 해야 할 때 이를 위해 잠시 데이터를 보관하는 장치입니다.

🔷 메모리

오늘날의 컴퓨터는 폰 노이만 구조를 가지고 있는데 폰 노이만 구조는 CPU, 메모리, 입출력 장치, 저장장치가 버스로 연결되어 있는 구조를 의미합니다. 그리고 가장 중요한 특징은 "모든 프로그램은 메모리에 올라와야 실행할 수 있다."라는 것입니다.

이렇게 메모리는 실행에 필요한 프로그램과 데이터가 존재하며 CPU와 협업하며 작업이 이루어집니다.

메모리를 이루는 소자 하나의 크기는 1bit로 0과 1이 저장됩니다. 데이터를 읽거나 쓸 때는 워드 단위로 움직입니다.

메모리 종류

🔴  RAM

읽거나 쓸 수 있는 메모리, 무작위로 데이터를 읽어도 지정된 위치와 상관없이 같은 속도로 데이터를 읽을 수 있습니다.

 

RAM의 종류

일반적으로 전력이 끊기만 데이터가 사라지는 휘발성 메모리와 전력이 끊겨도 데이터를 보관할 수 있는 비휘발성 메모리로 나누어집니다.

 

🔴  ROM

읽을 수 만 있는 메모리, 데이터를 한번 저장하면 바꿀 수 없습니다. 일반적으로는 부팅을 할 때 필요한 BIOS를 저장하고 있습니다.

 

ROM의 종류

컴퓨터를 켰을 때 운영체제를 메모리에 올리는 과정, 부팅을 할 때 롬에 저장된 바이오스를 실행시켜서 부트스트랩 코드를 메모리에 올려서 실행시키고 이 코드가 운영체제 프로세스를 실행시킵니다.

이 과정에서 ROM이 RAM처럼 작동한다면 데이터가 소실되어 운영체제를 실행을 못할 수도 있고 데이터를 변경하여 컴퓨터에 치명적일 것입니다.