[컴퓨터 구조] 컴퓨터 추상화 & 기술

 

 

 

 

 

프로그램의 내부

응용 프로그램을 실행하기 위해서는 응용 프로그램이 필요로 하는 여러가지 기능을 구현하는 복잡한 소프트웨어 라이브러리를 사용하게 됩니다.

 

반면 컴퓨터의 하드웨어는 아주 단순한 저수준의 명령어(인스트럭션)를 실행할 수 있을 뿐입니다.

 

따라서 응용 프로그램을 컴퓨터에서 실행하기 위해서는 작성된 복잡한 작업들을 아주 단순한 명령어로 번역하는 과정이 필요합니다.

 

이러한 과정을 여러 계층의 소프트웨어 추상화(Abstraction)를 통해 가능하게 만들었습니다.

 

 

 

소프트웨어 계층은 아래와 같이 구성됩니다.

 

응용 소프트웨어(Application software, 응용 프로그램)가 계층의 가장 바깥쪽에 위치하며,

여러가지 시스템 소프트웨어(System software)가 하드웨어와 응용 프로그램 사이에 존재합니다.

가장 안쪽에는 하드웨어가 존재합니다.

 

 

 

 

 

 

 

응용 소프트웨어

고수준 언어로 작성된 프로그램을 의미합니다.

 

 

 

 

 

시스템 소프트웨어

시스템 소프트웨어에는 여러 가지 종류가 있으나, 가장 중심이 되는 것은 컴파일러와 운영체제입니다.

 

 

운영체제(Operating System)는 사용자 프로그램과 하드웨어 간의 인터페이스 역할을 하면서, 각종 서비스와 제어 기능을 제공합니다.

다음은 운영체제가 제공하는 여러 기능들 중 중요한 것을을 나열한 것입니다.

• 기본적인 입출력 작업의 핸들링
• 메모리와 저장 관리
• 작업의 스케쥴링과 자원 공유 제어

 

 

컴파일러(compiler)는 C, Java 등과 같이 상위 수준 언어로 작성된 프로그램을 하드웨어가 실행할 수 있는 명령어로 번역하는 작업을 수행합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

상위 수준 언어에서 기계어로 번역되는 과정

컴퓨터는 지시에 따라서 일하는 기계라 볼 수 있는데, 이때 이 지시를 명령어(instruction)라고 합니다.

인스트럭션은 결국 컴퓨터가 이해할 수 있는 비트들의 나열에 불과하므로, 인스트럭션 역시 숫자로 생각할 수 있습니다.

 

 

초창기에는 프로그래머가 컴퓨터로 이진수로 대화하였으나, 이는 매우 지겨운 작업이었습니다.

이를 해결하기 위해 사람이 생각하는 것과 비슷한 새로운 표시 방법을 하나 고안했습니다.

 

새로운 표시 방법 역시 결국은 사람이 이진수로 번역하여야 했지만, 사람들은 이를 이진수로 번역해주는 프로그램을 개발하였습니다.

이러한 프로그램을 어셈블러(assembler)라 부릅니다.

 

예를 들어 프로그래머가 다음 코드를 작성한 경우

add A, B

 

어셈블러는 이를 1001010100101110 으로 바꾸어줍니다.

 

위와 같은 기호 형태의 언어를 어셈블리어(Assembly Language)라 부릅니다.

 

어셈블리어와 비교하여, 기계가 이해하는 언어를 기계어(machine language)라고 부릅니다.

 

 

 

어셈블리어 역시도 불편한 점이 많으며, 이후 이를 개선하기 위해 상위 수준 언어(High-level language)가 등장하였습니다.

 

오늘날 프로그램은 상위 수준 언어로 작성되며, 컴파일러에 의해 어셈블리어로 번역됩니다.

 

이후 어셈블리어는 어셈블러에 의해 기계어로 번역됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

하드웨어와 소프트웨어의 추상화

추상화 중 중요하게 살펴보아야 할 것은 소프트웨어와 하드웨어 간의 인터페이스입니다.

 

소프트웨어는 하드웨어와 어휘를 통해 통신하며, 어휘를 구성하는 단어들을 명령어(Instruction)라고 합니다.

 

어휘 자체는 명령어 집합 구조(Instruction Set Architecture, ISA) 또는 단순히 구조(Architecture)라고 합니다.

 

 

ISA는 명령어, 레지스터, 메모리 접근, 입출력 등을 포함하여 정확히 작동하는 기계어 프로그램을 작성하기 위해 알아야 하는 모든 정보를 의미합니다.

 

어플리케이션 프로그래머에게 제공되는 기본 명령어 집합(ISA)과 운영체제 인터페이스를 합쳐서 ABI(Application binary interface)라고 합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

컴퓨터의 구성 요소

 

컴퓨터는 기본적으로 입력(input), 출력(output), 메모리(memory), 데이터패스(datapath), 제어 유닛(control unit)으로 구성되어 있습니다.

 

 

이중 데이터패스와 제어 유닛을 합쳐서 프로세서라고 부르기도 합니다.