1장 컴퓨터 및 정보기술의 역사

프로그래밍 언어의 역사

• 기계어로 프로그래밍을 하는 불편함 > 프로그래밍 언어의 필요성 > 어셈블리 언어 등장 >기계어의 동작 순서를 나타내는 언어보다 표현하고자 하는 문제 자체에 더 가까운 언어 포트란 > 기호 정보를 처리하는 일 필요 리습Lisp > 사무적인 정보를 처리하기 위한 코볼

운영체제의 역사

• 외부에서 미리 예약해 한꺼번에 처리하는 일괄처리 방식(batch processing) > 자동적으로 처리해주도록 하는 방식 운영체제 탄생

현대의 컴퓨터

• 메인프레임 컴퓨터
  • 은행, 항공사와 같은 대규모 사업장
  • 대량의 데이터 처리와 신뢰성 있는 전산작업을 위해 사용
  • 터미널을 통해 접속
  • 시분할 (time sharing) 방식 사용 : 컴퓨터 처리 능력을 짧은 시간 단위로 구분하고 이를 여러 사용자에게 조금씩 분할해 서비스하는 방식 (동시에 서비스하는 것처럼 보이지만, 아주 짧은 시간 간격으로 나누어 서비스하는 것)
• 슈퍼컴퓨터 또는 고성능 컴퓨터
  • 클라우드 컴퓨팅 : 원격으로 고성능 컴퓨터를 사용하고 사용료를 지불하는 형태의 컴퓨팅 방식
  • 아마존, 구글, 마이크로소프트 등
  • 고성능컴퓨터의 능력을 조금씩 분할하여 한 대의 물리적인 컴퓨터를 여러 사용자들이 공유해서 사용
• 개인용 컴퓨터
• 휴대용 컴퓨터
• 임베디드 컴퓨터 또는 내장형 컴퓨터
  • 특수 임무를 수행하도록 개발된 컴퓨터, 기기 내부에 장착되는 형태
  • 각종 기기에 내장되어 기능을 향상시키거나 연산, 처리, 전달하는 업무 담당
  • 프로그램이 칩 내부에 구워져 있음 ⇒ 새로운 프로그램 탑재 불가

2장 운영체제 개요

운영체제의 정의

• 컴퓨터 하드웨어 바로 윗단에 설치되는 소프트웨어
• 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층
• 하드웨어 + 운영체제 = 진정한 컴퓨터 시스템
• 컴퓨터 전원을 켜면 동시에 실행
• 자체도 하나의 소프트웨어이기 때문에 전원이 켜짐과 동시에 메모리에 올라감
  • 필요한 부분(커널)만 전원이 켜질 때 메모리에 올려놓고 그렇지 않은 부분은 필요할 때 메모리로 올려 사용

운영체제의 기능

• 하드웨어를 위한 역할 : 사용자가 직접 다루기 힘든 각종 하드웨어를 운영체제가 관리
  • 컴퓨터 시스템 내의 자원을 효율적으로 관리 ⇒ 자원관리자(resource manager)
• 사용자를 위한 역할 : 편리한 인터페이스를 제공
  • 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공
• 보안 및 보호 기능

운영체제의 분류

1. 동시 작업 지원 여부
   • 단일작업 (single tasking) : 한 번에 하나의 프로그램만 실행
   • 다중작업 (multi tasking) : 동시에 2개 이상의 프로그램을 처리
   • 시분할 시스템 (time sharing system) : CPU의 작업시간을 여러 프로그램들이 조금씩 나누어 쓰는 시스템
   • 다중 프로그래밍 시스템 (multi-programming system) : 메모리 공간을 분할해 여러 프로그램들을 동시에 메모리에 올려놓고 처리하는 시스템
   • 대화형 시스템 (interactive system) : 사용자의 입력에 대한 결과를 곧바로 보여주는 시스템
     주의 : 다중처리기 시스템 (multi-processor system) : 하나의 컴퓨터 안에 CPU가 여러 개 설치된 경우
2. 다중 사용자에 대한 동시 지원 여부
   • 단일 사용자용 운영체제 : 한 번에 한 명의 사용자만 사용하도록 허용 (DOS, MS 윈도우)
   • 다중 사용자용 운영체제 : 여러 사용자가 동시에 접속해 사용하도록 허용 (이메일 서버, 웹서버)
3. 작업을 처리하는 방식
   • 일괄처리 (batch processing) : 요청된 작업을 일정량씩 모아서 한꺼번에 처리
   • 모든 작업이 완전히 종료된 후에 결과 확인가능 ⇒ 응답시간이 길다는 단점 - 시분할 (time sharing) : 컴퓨터의 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할해 사용
   • 여러 사용자의 작업을 짧은 시간 단위씩 번갈아가며 처리 ⇒ 짧은 응답시간 - 실시간 (real time) : 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 처리됨을 보장해야 하는 시스템에서 사용
   • 일정시간 안에 작업이 완료되지 못할 경우, 위험을 초래할 가능성이 있는 시스템
     1. 경성 실시간 시스템 (hard realtime system) : 주어진 시간을 지키지 못할 경우 매우 위험
     2. 연성 실시간 시스템 (soft realtime system) : 멀티미디어 스트리밍 시스템

운영체제의 예

• MS 윈도우 : MS-DOS의 업그레이드 버전
  • 마이크로소프트에서 개발한 개인용 컴퓨터를 위한 운영체제
  • ✅ 그래픽 인터페이스와 마우스 지원으로 사용자에게 편리한 환경
  • ❌ MS-DOS 위에서 수행되기 때문에 독립적이지 않음, 불안정
    ⇒ 하나의 온전한 운영체제 윈도우 95 ⇒ 윈도우 98 ⇒ XP ⇒ Vista ⇒ 7 ⇒ 윈도우 10
• 유닉스
  • 프로그램 개발 환경을 위해 설계된 운영체제
  • ✅ 이식성(portability)이 좋고, 운영체제 커널의 크기가 작으며, 소스 코드가 공개되었다는 점

운영체제의 자원 관리 기능

• 하드웨어 자원 : CPU와 메모리를 비롯해 주변장치 또는 입출력 장치라 불리는 장치들
• CPU 스케줄링 : CPU를 가장 효율적으로 사용하면서도 특정 프로세스가 불이익을 당하지 않도록 하는 것
  1. 선입선출 (First Come First Served) : 먼저 온 것 먼저 처리
     • CPU 자체의 효율저 사용은 문제 없지만 전체 시스템 입장에서는 비효율적
     • ❌ 짧은 시간만 CPU를 사용하면 되는 프로세스들이 계속 기다려야 됨
  2. 라운드 로빈 (Round Robin)
     • CPU를 한 번 할당받아 사용할 수 있는 시간을 고정된 시간으로 제한
     • 일정 시간이 지나면 CPU를 내어놓고 제일 뒤로 가서 줄 서야 함
     • 일반적으로 할당시간은 밀리초 단위를 사용해서 1초 이하의 응답시간을 보장
  3. 우선순위 (priority)
     • 우선순위가 높은 프로세스에 CPU 먼저 할당
     • 기다린 시간이 늘어날수록 우선순위를 높임
• 메모리 관리 : 한정된 메모리 공간에 여러 프로그램을 수용하기 위해
  1. 고정분할 (fixed partition)
     • 물리적 메모리를 몇 개의 분할로 미리 나누어 관리
     • ❌ 융통성이 없음 (메모리에 동시 적재되는 최대 프로그램 수가 분할 개수로 한정됨)
     • ❌ 메모리를 효율적으로 사용할 수 없음 (분할의 크기보다 큰 프로그램은 적재 불가능, 분할의 크기보다 작은 프로그램이 적재되는 경우 메모리 낭비)
     • 내부조각 : 해당 분할에 올라온 프로그램에 의해 사용되지 않고, 다른 프로그램에도 할당될 수 없는 낭비공간
  2. 가변분할 (variable partition)
     • 매 시점 프로그램의 크기에 맞게 메모리 분할해서 사용
     • ❌ 물리적 메모리의 크기보다 더 큰 프로그램은 여전히 불가능
     • 분할의 크기와 개수가 동적으로 변하므로 기술적 관리기법 필요
     • 외부조각 : 프로그램에 할당되지는 않았지만 크기가 작아 프로그램을 올리지 못하는 낭비공간
  3. 가상메모리 (virtual memory) : 가장 널리 사용되는 메모리 관리 기법
     • ✅ 물리적 메모리보다 더 큰 프로그램이 실행되는 것 지원
     • 모든 프로그램은 물리적 메모리와 독립적으로 0번지부터 시작하는 자신만의 가상메모리 주소를 가짐
     • 운영체제는 이 가상메모리 주소를 물리적 메모리 주소로 매핑하는 기술을 이용해 주소 변환 후 프로그램을 물리적 메모리에 올림
     • 현재 사용되고 있는 부분만 메모리에 올리고, 나머지는 하드디스크와 같은 보조기억장치(스왑 영역)에 저장해두었다가 필요할 때 적재
     • 페이징(paging) : 동일한 단위로 메모리를 나누는 기법, 프로그램을 구성하는 가상메모리 주소 공간은 페이지(page)라는 동일한 크기의 작은 단위로 나누어 물리적 메모리와 스왑 영역에 일부분씩 저장 - 인터럽트 : 주변장치 및 입출력 장치의 관리
     • 주변장치들은 CPU가 필요한 경우 신호를 발생시켜 서비스를 요청 ⇒ 인터럽트
     • CPU는 스케줄링에 따라 작업을 수행하다가 인터럽트가 발생하면 잠시 멈추고 요청 서비스 수행 ⇒ 인터럽트 처리 완료 후 원래 하던 작업 계속 수행
     • 일터럽트가 발생했을 때 직전의 작업상태를 잠시 저장해둠
     • 컨트롤러(controller) : 각 장치마다 일어나는 업무를 관리하기 위한 작은 CPU