마이크로프로세서의 내부 구조에 대해 논하시오

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최초 생성일 2024.09.02
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"마이크로프로세서의 내부 구조에 대해 논하시오"에 대한 내용입니다.

목차

1. 마이크로프로세서의 역사
1.1. 초기 프로세서의 발전
1.2. 마이크로프로세서의 등장
1.3. 마이크로컴퓨터의 발전

2. ATmega128 마이크로컨트롤러
2.1. ATmega128 개발 환경
2.2. ATmega128의 특징
2.3. ATmega128의 메모리 맵
2.4. ATmega128 레지스터

3. 운영체제의 이해
3.1. 운영체제의 주요 기능
3.2. 초기 운영체제의 발전
3.3. 다중 프로그래밍 시스템
3.4. 시분할 시스템

4. 운영체제의 관점
4.1. 자원 관리자 관점
4.2. 프로세스 관점
4.3. 계층 구조 관점

5. 운영체제의 기능
5.1. 프로세스 관리
5.2. 기억 장치 관리
5.3. 입출력 장치 관리
5.4. 정보 관리

6. 스풀링과 버퍼링
6.1. 스풀링의 개념
6.2. 이중 버퍼링
6.3. 삼중 버퍼링

7. 입출력 채널
7.1. 입출력 채널의 개념
7.2. 채널의 기능
7.3. 채널과 중앙처리장치의 통신

8. 인터럽트
8.1. 인터럽트의 종류
8.2. 인터럽트 발생 시 문제점
8.3. 인터럽트 처리 방안

9. 참고 문헌

본문내용

1. 마이크로프로세서의 역사
1.1. 초기 프로세서의 발전

컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)가 가진 기능의 대부분을 하나 혹은 몇 개의 반도체 칩에 집적(Integration)해 놓은 것을 마이크로프로세서(Microprocessor)라고 한다. 마이크로프로세서의 역사는 1969년으로 거슬러 올라간다. 당시 Sharp사와 전자식 탁상계산기 계약을 맺었던 몇 개의 회사들 중 2년이 지난 뒤 유일하게 기술을 개발한 Intel사와의 사건에서 시작되었다.

Intel사는 전자식 탁상계산기의 시스템을 TTL(Transistor-Transistor Logic) 기술 대신 MOS(Metal-Oxide Semiconductor) 기술을 사용했기 때문에 퇴짜를 맞게 되었다. TTL 기술은 집적도가 낮고 소비전력이 많은 반면, MOS 기술은 높은 집적도와 낮은 소비전력의 장점이 있었다.

이에 Intel사에서는 이 기술을 포기하느냐 아니면 새로운 상품을 만들어내느냐 고민하던 끝에 Intel4004 라는 모델명으로 시장에 진출한다. Intel4004는 당시로서는 엄청난 기술력을 가진 제품이었으며, 대성공을 거두게 된다. 이에 탄력을 받아 Intel4040으로 개량된 제품을 대량생산하며, 1972년에는 8비트 프로세서인 Intel8080을 출시하게 된다.

이쯤되면 자연스레 후발주자들이 속속들이 나오게 된다. 미국 모토로라사에서는 1974년에 8비트 프로세서인 MC6800을 출시하고 이때부터 세상을 뒤바꾸는 마이크로프로세서 전성시대가 펼쳐지게 된다. Intel에서는 계속적으로 Intel8085를, 자이로그사에서는 Z80, 모토로라에서는 MC6800 등을 차례대로 출시한다. 이들 중 Z80은 8080을 기반으로 만들었지만 그 성능은 다른 것들과 비교할 수 없다는 혹평을 받았다.

한편 1975년 Texas Instrument(TI)사에서는 CPU 뿐만 아니라 ROM, RAM, I/O 등을 하나의 칩에 집적시킨(기판 하나에 몰아넣은) TMS1000 시리즈를 출시하면서 단일칩 마이크로컴퓨터(마이크로컨트롤러)시대를 열게 된다. 이때부터 마이크로프로세서는 두 갈래로 갈라져 지금의 연산용(데이터 처리)과 제어용으로 성장하게 된다.


1.2. 마이크로프로세서의 등장

마이크로프로세서의 등장은 컴퓨터의 역사에 있어 매우 중요한 전환점이었다. 이는 단일 반도체 칩에 CPU의 기능을 집적한 것으로, 기존의 거대한 전자식 계산기와는 차원이 다른 소형화와 저가화를 실현하였다.

1969년, Intel사는 Sharp사로부터 전자식 탁상계산기 개발 계약을 받게 되었다. 당시 계산기 시장에서는 TTL(Transistor-Transistor Logic) 기술이 널리 사용되고 있었지만, Intel사는 MOS(Metal-Oxide Semiconductor) 기술을 적용하여 새로운 방향을 제시하였다. MOS 기술은 TTL 기술에 비해 집적도가 높고 전력 소모가 낮은 특징이 있었다. 그러나 Sharp사는 기존 기술과의 호환성 문제로 인해 Intel사의 MOS 기반 설계를 거절하게 된다.

Intel사는 이러한 상황에서 전자식 계산기가 아닌 새로운 상품을 개발하기로 결정했다. 그 결과 1971년 Intel4004라는 4비트 마이크로프로세서를 세상에 내놓게 된다. Intel4004는 단일 반도체 칩에 CPU의 주요 기능을 집적한 최초의 마이크로프로세서로, 당시로서는 엄청난 기술력의 산물이었다. 이후 Intel사는 Intel4040을 거쳐 1972년 8비트 프로세서인 Intel8080을 출시하면서 마이크로프로세서 시대를 본격적으로 열어나가게 된다.

마이크로프로세서의 등장은 컴퓨터 산업 전반에 걸쳐 큰 변화를 가져왔다. 기존의 거대한 메인프레임 컴퓨터에 비해 훨씬 작고 저렴한 마이크로프로세서 기반 시스템이 등장함에 따라, 개인용 컴퓨터와 임베디드 시스템 등 다양한 형태의 컴퓨터 제품이 쏟아져 나오게 되었다. 이는 컴퓨터의 대중화와 보편화를 촉진하는 계기가 되었다고 할 수 있다.""


1.3. 마이크로컴퓨터의 발전

마이크로프로세서의 등장과 함께 마이크로컴퓨터 시대가 열리게 되었다. 마이크로프로세서와 기타 주변장치들이 하나의 기판 위에 집적된 컴퓨터 시스템을 마이크로컴퓨터라고 한다.

1975년 Texas Instrument(TI)사에서는 CPU뿐만 아니라 ROM, RAM, I/O 등을 하나의 칩에 집적시킨 TMS1000 시리즈를 출시하면서 단일칩 마이크로컴퓨터(마이크로컨트롤러)시대를 열게 된다. 이를 계기로 마이크로프로세서는 연산용(데이터 처리)과 제어용으로 갈라져 발전하게 된다.

연산용 CPU는 Intel8086, 80186, 80286, 80386 등 수많은 발전을 거듭하며 현재의 듀얼코어 CPU까지 이르렀다. 제어용 CPU는 Intel8051 시리즈, 모토로라의 68xx 시리즈 등으로 발전해왔으며, 그 중 Atmel사의 ATmega128도 포함된다.

마이크로컴퓨터는 마이크로프로세서를 포함하여 ROM, RAM, I/O장치 등이 하나의 기판에 집적된 컴퓨터 시스템이다. 이러한 마이크로컴퓨터는 크기가 작고 가격이 저렴하여 산업현장, 가정용 전자기기, 자동차 전자장치 등 다양한 분야에 활용되고 있다.

특히 1970년대 후반 마이크로프로세서 기술이 급속도로 발전하면서 개인용 컴퓨터(PC)가 등장하게 되었다. 초기 PC는 매우 단순한 기능을 가지고 있었지만, 점차 성능이 향상되고 기능이 다양화되면서 일반 가정에서도 널리 사용되게 되었다.

이와 같이 마이크로컴퓨터 기술의 발전은 컴퓨터 산업 전반에 큰 영향을 미치며, 현대 사회의 필수적인 도구로 자리잡게 되었다.


2. ATmega128 마이크로컨트롤러
2.1. ATmega128 개발 환경

ATmega128 개발 환경은 ATmega128을 이용한 실험을 보다 편하고 간단하게 다룰 수 있도록 하기 위해 구축되었다. 이 개발 환경은 ATmega128을 컴퓨터에 바로 연결할 수 있도록 하여 누구나 손쉽게 사용할 수 있도록 만들어졌다.

ATmega128 개발 환경은 SMD 타입의 ATmega128 마이크로컨트롤러를 DIP 형식으로 바꾸어 Breadboard와 만능기판에 바로 삽입할 수 있게 하였다. 이를 통해 마이크로프로세서를 더욱 편리하게 다룰 수 있게 되었다. 또한 ATmega128의 포트를 쉽게 구분할 수 있도록 하였으며, 다른 모듈과도 쉽게 연결할 수 있어 다양한 실험이 가능하도록 하였다. 특히 Reset 스위치가 있어 별도의 회로 구성 없이도 편리하게 사용할 수 있다.

이러한 ATmega128 개발 환경은 마이크로프로세서를 보다 쉽고 간단하게 사용할 수 있게 해주며, 다양한 실험과 연구를 가능하게 하는 등 큰 장점을 가지고 있다.


2.2. ATmega128의 특징

ATmega128의 특징은 다음과 같다.

첫째, 향상된 RISC 구조를 가지고 있다. 총 133개의 강력한 명령어를 가지고 있으며, 대부분의 명령어가 1사이클에 동작한다. 또한 3개의 8-bit 범용 레지스터와 주변장치 제어 레지스터를 갖추고 있다. 완전정적인 동작을 지원하며, 16MHz의 공급 클록에서 최대 16MIPS의 성능을 낼 수 있다. 2사이클에 동작하는 하드웨어 곱셈기도 내장하고 있다.

둘째, 비휘발성 프로그램 메모리와 데이터 메모리를 가지고 있다. 28K Bytes의 In-System Programmable Flash 메모리에 프로그램의 실행 코드를 저장할 수 있으며, 최소 10,000번 이상의 쓰기/삭제 수명을 보장한다. 4K Bytes의 EEPROM에는 비휘발성 데이터를 저장할 수 있으며 최소 100,000번 이상의 쓰기/삭제 수명을 보장한다. 또한 4K Bytes의 내부 SRAM과 최대 64K Bytes까지의 외부 데이터 메모리도 추가 기능으로 지원한다.

셋째, 다양한 마이크로 컨트롤러 기능을 갖추고 있다. Power-On Reset 기능과 프로그램 가능한 Brown-out 검출 기능, 조율된 내부 RC발진 회로, 외부 및 내부 인터럽트 소스, 6가지의 슬립 모드, 소프트웨어로 선택 가능한 클록 주파수, 선택 가능한 ATmega103 호환 모드, 전체적인 pull-up 해제 기능 등이 있다.

이처럼 ATmega128은 향상된 RISC 구조, 비휘발성 메모리, 다양한 마이크로 컨트롤러 기능 등 뛰어난 성능과 기능을 갖추고 있어 임베디드 시스템 및 다양한 응용 분야에 널리 활용되고 있다.


2.3. ATmega128의 메모리 맵

ATmega128의 메모리 맵은 2Kbyte의 프로그램 가능 플래시 메모리, 128...


참고 자료

Redhat Student, Operating system structure 2010.5.17
http://redhatstudent.blogspot.kr/2010/05/operating-system-structure.html

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