컴퓨터의 작동과 운영체제

컴퓨터 본체에 전원을 연결해서 처음 시동을 거는 절차를 부팅이라고 합니다. 전원이 공급되면 부팅 프로그램이 실행하며 하드웨어 장치들이 제어가 가능한지 점검합니다. 그 후 운영체제라고 하는 시스템 프로그램이 실행되고 사용자가 작업을 할 수 있는 상태가 되기까지의 점검이 마무리되면 부팅 과정이 끝납니다. 부팅이 실행되는 과정에서 모니터에 나타나는 정보는 메인보드 제조사의 로고입니다. 그 후 롬바이오스(ROMBIOS)라는 프로그램이 실행됩니다. BIOS란 운영체제인 시스템 프로그램 중 가장 기본적인 프로그램으로, 메인보드가 처음 시작되어 입출력 장치들이 잘 작동하는지를 점검합니다. 이때 CPU는 보조기억장치에 있는 운영체제를 주기억장치로 복사해서 작동하게 합니다. 운영체제란 영어로는 Operating System(OS) 이며 여러 가지의 하드웨어 장치들과 소프트웨어를 제어하는 기능을 하는 프로그램을 말합니다. 운영체제의 구성 부분에서 가장 중요한 부분인 커널은 응용프로그램과 하드웨어를 연결하게 해주는 역할을 하고 있습니다. 중앙처리장치와 기억장치 신호가 다니는 길을 버스 BUS라고 부릅니다. 컴퓨터 구조에서 버스는 control bus, address bus, data bus 가 있습니다. 컨트롤 버스는 중앙처리장치의 제어신호를 전달합니다. 주소버스는 중앙처리장치와 기억장치 사이의 주솟값(정보저장 위치)을 전달하고 데이터 버스의 이동 경로를 결정합니다. 데이터 버스는 기억장치에서 데이터를 전달합니다. 부팅 과정이 끝나면 사용자가 프로그램을 사용할 수 있는 준비가 완료됩니다. 사용자가 작업할 수 있는 프로그램들은 시스템 프로그램과 응용프로그램으로 나눠볼 수 있습니다. 시스템 프로그램에는 프로그램 자체를 만드는 프로그램인 언어 프로그램과 시스템 진단 프로그램, 디스크 관리 프로그램이 있습니다. 응용프로그램으로는 엑셀 한글 데이터베이스프로그램 등으로 일상생활에서 컴퓨터로 할 수 있는 작업을 수행하는 프로그램들을 말합니다. 운영체제의 운용 기법은 7가지가 있습니다. 먼저 일괄 처리 시스템 다른 말로 배치 프로세싱 batch processing이라고도 합니다. 이 기법은 초기의 컴퓨터 시스템에서 사용된 형태로 데이터를 일정 기간 모아서 한꺼번에 처리하는 방식을 말합니다. 멀티프로그래밍 시스템은 다중 프로그래밍이라고 말하기도 하며 하나의 CPU와 주기억장치를 사용해서 여러 개의 프로그램을 동시에 처리하는 방식을 말합니다. 예를 들면, 하나의 주기억장치에 두 개 이상의 프로그램을 저장해 두고 하나의 CPU와 신호를 주고받으며 동시에 처리하게 되는데 이때 CPU의 사용률과 처리량이 증가하면서 처리 속도가 늦어지게 되는 경우가 있습니다. 시분할 시스템은 여러 명의 사용자가 중앙 컴퓨터를 같이 사용하는 경우 중앙 컴퓨터가 각 사용자의 운영체제를 번갈아 가면서 처리해 줌으로써 각 사용자는 독립된 컴퓨터를 사용하는 느낌을 주는 방식을 말합니다. 라운드 로빈 방식이라고도 부릅니다. 하나의 CPU가 동시에 여러 작업을 수행할 수는 없기 때문에 CPU 사용 시간을 여러 개의 작은 작업 시간으로 나누어서 번갈아 CPU를 할당해서 각 작업을 처리하게 되는 것입니다. 이는 타임 슬라이스 혹은 타임 퀀텀이라 합니다. 다중 처리 시스템은 여러 개의 CPU와 하나의 주기억장치를 이용해서 여러 개의 프로그램을 동시에 처리하는 방식을 말합니다. 이때 하나의 CPU가 고장이 나더라도 다른 CPU를 이용해서 업무를 처리하면 되므로 시스템의 신뢰성과 안정성이 매우 높습니다. 실시간 처리 시스템은 데이터가 발생하자마자 즉시 처리하여 결과를 산출하는 방식으로 처리시간이 단축되고 처리 경비도 절감되는 효과가 있습니다. 멀티 처리 시스템은 일괄 처리 시스템과 시분할 시스템 실시간 처리 시스템을 하나의 운영체제 안에서 모두 제공하는 방식입니다. 분산 처리 시스템은 네트워킹 시스템이라고도 하며 여러 개의 컴퓨터를 통신 회선으로 연결해서 하나의 작업을 처리하는 방식을 말합니다. 개별 컴퓨터들이 분담해서 작업을 처리하므로 처리 속도가 빠르고 데이터의 가용성이 높습니다. 그리고 하나의 컴퓨터가 고장 나더라도 다른 컴퓨터를 이용해서 업무를 처리할 수 있으므로 시스템의 신뢰성과 안정성이 높습니다.운영체제는 프로세스(작업 단위)를 생성하고 프로그램의 실행을 제어, 관리하는 기능을 합니다. 프로세스가 잘 실행될 수 있도록 메인 메모리 즉 주기억장치의 공간을 할당하고 배치 회수하는 작업을 합니다. 파일을 보조기억장치에 저장하고 그 파일들을 제어할 수 있는 파일시스템을 운영합니다. 입력과 출력을 관리하고 하드디스크와 같은 보조기억장치의 공간을 관리합니다. 컴퓨터 통신에 필요한 제어 관리 기능을 하고, 보안과 관련된 사용자 인증 및 권한 관리를 합니다. 사용자의 작업 명령을 해석하고 필요한 함수를 실행시키는 기능을 합니다. 운영체제의 종류로는 내장형 시스템 운영체제와 범용 운영체제가 있습니다. 내장형 시스템 운영체제는 임베디드 시스템이라고도 하며 사용자들이 기계를 안전하고 정확하게 제어할 수 있도록 반응속도를 빠르게 하는 기능을 합니다. 주로 실시간 운영체제인 경우가 많습니다. 범용 운영체제는 대표적으로 AT&T가 개발한 유닉스 unix 와 마이크로 소프트사에서 개발한 windows 가 있습니다. 유닉스는 기업용 컴퓨터에 주로 쓰이고 윈도우 운영체제는 개인용 컴퓨터에서 사용됩니다.