컴퓨터 부팅시 동작, common bus, interrupt

Bootstrap program(Bootstrop loader) 

• 컴퓨터가 부팅할때 또는 재부팅할때 돌아가는 프로그램
• ROM 또는 EEPROM에 저장되어있다. 이들을 firmware이라고 한다.

• RAM은 휘발성 메모리, ROM은 전기가 꺼져도 저장되어있는 메모리다. EEPROM은 ROM의 종류 중 하나이다.
• firmware은 hardware와 software의 중간이라고 보면된다. hardware는 수정이 어렵고, software은 수정이 쉽다면, firmware은 하드웨어 장비긴 한데, 소프트웨어처럼 수정도 쉽다

• 시스템의 모든 관점에서 초기화를 진행한다.(=POST(Power On Self Test)루틴을 실행한다). CPU가 잘돌아가는지, 메모리에 있을거 다 있는지..등등 을 셀프체크한다!
• 운영체제 커널의 위치를 알아내서 POST루틴을 실행하며 운영체제를 로딩을 하고 실행하는것 까지가 Bootstrap program의 역할이다.
• two step 프로세스를 거친다.
• BIOS가 Boot sector로 실행권한을 넘겨주고 , Boot sector가 실제 운영체제가 저장되어 있는 공간으로 점프를 해서 이렇게 투스텝!(BIOS -> boot sector -> OS location)

 

컴퓨터 시스템의 조직

System bus (common bus)

• 컴퓨터 시스템의 각 구성요소들을 연결하는 기본 인터페이스를 bus라고 한다.
• 하나 또는 그 이상의 CPU와 디바이스 컨트롤러는 common bus로 연결되어있고, 공유메모리도 common bus를 통해 공유한다.
• common bus는 하나의 신호밖에 못 나르기 때문에 디바이스가 bus를 사용하기전에 '내가 bus를 사용하겠다!' 라는 신호를 미리 줘야한다 

 

컴퓨터 시스템의 일반적인 작업 과정

• CPU와 I/O장비들은 동시에 실행된다(common bus 를 이용한다는게 아니라, 장치가 독립적으로 뭔갈 하고 있는걸 말하는거다)
• CPU는 데이터를 메인 메모리로부터 가져오기도, 주기도 한다.
• CPU는 기가바이트로 작업하고, 메인 메모리는 메가바이트로 작업하기 때문에 둘의 속도차이가 너무 크다. 그래서 그 사이에 로컬 버퍼를 둔다. CPU는 메인 메모리가 버퍼에 저장해둔 데이터를 가져오거나 준다. 메인메모리에서 CPU도 마찬가지
• I/O장비(대표적인 예로 저장소. 저장소는 키로바이트로 작업한다)도 마찬가지로 다른 디바이스들 사이에 로컬 버퍼를 둬서 작업한다.

 

디바이스 컨트롤러

• 각각의 디바이스 컨트롤러는 로컬버퍼를 가진다
• 디바이스 컨트롤러는 CPU에게 어떤작업이 끝났다는것을 알려준다. 그 알려주는 작업을 'interrupt'라고 한다.

• device : 장치 (ex : CD-ROM)
• device drive : 장치를 동작하게 만들어주는 소프트웨어 파트 (ex : CD-ROM drive)
• deivice controller : 장치를 동작하게 만들어주는 하드웨어 파트(ex : CD-ROM drive를 동작하게 하기위한 여러가지 하드웨어 구동자)
• 예시상황 : 전문가용 마우스가 있다.(device) 이 마우스는 다양한 기능을 제공하기 위해 아주 많은 버튼들이 달려있다(device controller). 컴퓨터에 이 전문가용 마우스를 꽂아봤자 우클릭,좌클릭,휠 기능 빼고 다른 버튼의 기능은 작동하지 않을것이다. 많은 버튼의 기능을 제공하기위해 이 마우스의 device driver를 컴퓨터에 깔아야한다.

 

Interrupt

• interrupt vector table(IVT)를 통해서 interrupt service routine(ISR)이 어디에 있는지 주소를 넘겨줘서 제어를 준다

• ISR : 디바이스의 신호를 CPU가 받으면 CPU가 주는 신호에 맞는 액션
• IVT : Interrupt 종류에 대해 다 정리해서 모아논 테이블. 벡터형태다

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• interrup 발생시 어떻게 작동되나?

1. CPU가 어떤 A프로세스를 실행하고 있는 상태에서 intterupt가 발생되면, IVT에 가서 어떤 interrupt인지 확인한다
2. vector table이 가지고 있는 포인터 정보를 통해서 ISR로 점프하고, interrupt handler가 서비스 루틴을 실행한다
3. 제어를 다시 CPU에 돌려주면 CPU가 다음 B프로세스를 실행한다. 다음 프로세스가 없으면 지금 하고 있던 A프로세스를 계속해서 실행한다.

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• interrupt 당한곳을 저장해야한다. interrupt 당하고 끝나면 다시 돌아올 지점을 알아야 하기 때문이다.
• interrupt를 실행중에 또 interrupt를 당했다면 interrupt priority를 참고해서 interrupt를 순서대로 실행한다. 우선순위가 높은 interrupt가 들어왔다면 우선순위 높은 interrupt부터 실행하고, 우선순위가 낮은 interrupt가 들어왔다면 일단 지금 하고있는 interrupt부터 처리하고, 중간에 들어왔던 interrupt는  나중에 처리한다.

• interrupt priority : interrupt 우선순위

• trap : 소프트웨어가 띄우는 interrupt (예 : Exception Handling, system call)
• 운영체제는 interrupt를 통해 정보를 관리한다