CPU의 구조

💡 Control Unit : 매니저 ALU : 계산 레지스터 : 기억력

레지스터

• 프로그램 카운터 → 현재 실행 중인 소스코드 라인
• 명령어 레지스터 → 현재 실행 중인 명령어
• 메모리 주소 레지스터 → 타겟(목표)
• 메모리 데이터 레지스터 → 타겟에서 가져온 데이터 or 타겟에 넣을 데이터
• 어큐뮬레이터 → 계산 값. cpu에서 계산 과정 중 발생하는 데이터 저장.

레지스터 설명

• CPU에는 레지스터가 있고, 레지스터 안에 있는
  메모리 주소 레지스터(목표) 가 104 번지라 하자.
• RAM으로 가서 104번지 위치에 있는 데이터 값을 가져와
  → 메모리 데이터 레지스터(결과) 로 가져온다. 이를 44라 하자.

정보의 단위

왜 64bit 컴퓨터를 써야 하는가 ?

• 32비트 OS 와 64 비트 OS
• 32비트 cpu에 맞춰진 os
• 64비트 cpu에 맞춰진 os
• cpu에서 레지스터가 기본 저장 단위이다.
• 16비트 cpu 1워드 ⇒ 16bit
• 32비트 cpu 1워드⇒ 32bit
• 64비트 cpu 1워드⇒ 64bit

🐤 32비트 os에서는 RAM을 4GB 이상 쓸 수 없다.

• 32bit os 컴퓨터 : cpu에서 사용하는 데이터를 담는 그릇의 크기가 32bit
  → 이를 1워드 라고 한다.
  → 즉, 2^32 = 약 42억. 0~42억 정도의 범위를 저장할 수 있다.
• 그러나 만약 RAM 8GB 라면,
  방(1byte) 가 약 85억 개가 존재한다… (용량 전환은 아래 참고)
  (RAM은 아키텍처 상 표준 방 하나 크기가 1byte로 설정되어 있음)
• 즉, 32bit os 컴퓨터가 담을 수 있는 범위를 8GB RAM이 초과해버린다…

CPU - Register - RAM

💡 cpu 는 직접 RAM 에 가지 않고, 레지스터를 통해 접근한다. (주소 레지스터, 데이터 주소 레지스터) 예를 들어, 주소 레지스터에 30억이라는 숫자가 들어있다면, RAM의 30억번 째 방에 접근해서, 거기에 적힌 데이터 ‘4’를 데이터 주소 레지스터에 저장하는 방식이다.

용량 전환

• 8bit = 1byte
  1024byte = 1KB
  1024KB = 1MB
  1024MB = 1GB

C언어 & CS

컴퓨터 구성

운영체제의 메모리 관리

• 운영체제가 메모리를 관리한다.
  c 프로그램 → 운영체제에 메모리 할당 요청
• 동시에 2가지 프로그램이 실행될 때, 서로 같은 부분을 사용해서 메모리 영역 침범이 일어날 수 있을까?
  → 없다!

운영체제의 메모리 가상화

1. 프로세스들은 물리 RAM 을 사용하는 것이 절대 아니다!
2. 프로세스들은 하나의 물리 RAM을 공유하지만,
   프로세스마다 가상의 메모리 공간을 할당받는다.
   즉, 프로세스에서 사용하는 RAM은 논리 RAM 이라고 할 수 있다.
   (물리적으로는 하나지만, 마치 독립적으로 사용해서 가상이라는 워딩 사용)
3. 운영체제가 프로세스가 안섞이도록 보장한다.
   1. 프로세스들은 시분할 방식(빠른 속도로 번갈아 가며 실행)으로 동작
   2. 각 프로세스가 안섞이도록, 독립적인 공간에서 스택과 힙을 사용한다.

윈도우의 가상 메모리

• 운영체제의 메모리 가상화랑 헷갈리지 말자.
• 윈도우 가상 메모리는 윈도우에만 존재. (리눅스는 스왑이라고 함)
  • RAM에 데이터가 부족할 때, 가상메모리 일부분을 남겨놓는다.
    → 하드디스크의 일부분을 RAM으로 사용하는 원리이다.

예를 들어, 프로세스 A 와 프로세스 B가 동시에 실행되고 있다면,
→ 둘 다 4GB 이상씩 잡힌다.
→ 프로그램의 속도를 늦추는 대신, 용량을 많이 준다.

변수타입

• character → 1byte 정수. 256. 음수부터 세야하므로,
  → -128 ~ 127 (0포함)

• short → 2byte 정수. 32000까지 가능.

• int → -21억 ~ +21억까지 저장 가능.

• unsigned char i = 200; → unsigned 는 음수를 버린다!
  printf(”%u”, i); → unsigned는 %u 를 사용.

• 22억을 저장하려면 ?

  unsigned int s = 2200000000; // 양수만 포함하므로 42억까지 가능.
  → 이것 역시 printf(”%u”, s);
  → %d 는 -21억 ~ +21억 까지만 care 가능.
  

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os와 프로그램 구현 최적화, 프로그래밍 언어

• 하드디스크는 공간이 충분하다!
• RAM은 공간이 늘 부족하다.
• 즉, 항상 RAM을 효율적으로 사용하는 방향으로 펼쳐진다.

💡 메모리는 늘 부족하다 !!! 모든 최적화, 모든 기교 → 메모리 위주로 발전!

함수는 왜 스택에 모아놓을까요 ?

• 메모리라는 도화지에 이곳저곳 그려놓으면, 공간을 효율적으로 사용할 수 없다.
  → 즉, 빈공간 없이 활용하기 위해서다.
• 사용자가 메모리를 얼마나 사용할지 예측할 수 없기 때문에, 최대한 스택으로 사용하는 것이다.
• 그런데, 스택에서 ‘여유 공간’ 이 필요할까 ?

메모리의 분배

• 메모리를 방어적으로 분배해야, 나중에 ‘힙’ 으로 동적할당 할 때 효율적으로 사용한다.
• stack 지역에는 함수가 쌓인다. 또, 지역변수가 쌓인다. (heap 영역은 객체가 쌓임.)
  (매개변수도 지역변수다)
• code 영역에는 int , return 등 코드 정보들이 쌓인다.

반드시 알아야 할 것(정리)

• 아래서 부터 차곡차곡 붙여서 쌓이는 이유
  → 최대한 방어적으로 써야 한다. 앞으로 얼마나 쓸 지 모르니까.
  → 즉, 메모리를 아끼기 위해서다 !!
• 매개변수, 일반지역변수 모두 지역변수이다.
  → 스택에 쌓인다.

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Java

intllij setting

Java 의 특징

• 클래스 만들 때, 사전에 속성, 메소드 등 구성을 완료해야 한다.
  • Car car 는 JVM 코드 영역에 저장.
  • new Car(); 와 같이 new를 통해 heap 영역으로 가져오는데,
    가져올 때 속성이나 메소드가 없다면, 빈 껍데기만 가져오게 됨.

클래스와 객체!! (중요함)

Class Car { }
클래스(설계도) : 원본 폴더 → JVM/코드영역/클래스/Car 생성.

new Car();
객체(제품) : 복사본 폴더 → JVM/코드영역/클래스/Car 복사해서
→ JVM/Heap/클래스/Car/Car@1

객체는 폴더, 변수는 텍스트파일(R/W), 함수(메소드)는 실행(exe)파일이라고 볼 수 있다.

Car aCar = new Car(); // 2가지 → 객체, 객체리모콘

1. new Car(); 하는 순간, heap 에 **객체**가 만들어지고, 객체 안에는 자기 자신(this)을 조종할 수 있는 객체 리모콘이 만들어진다.
2. 자동차 변수 aCar 은 Stack 영역에 만들어지고, heap에 만들어진 객체 복사본이 저장된다. (이 안에도 객체 리모콘이 있다.)

→ 즉, new 를 한 번 해주면 객체 리모콘이 2개 생성된다.

Car aCar1 = new Car();
Car aCar2 = aCar1; // aCar1 은 1번 Car를 조종할 수 있는 리모콘이다. (변수가 아님)

1. aCar1 을 객체 레퍼런스 변수, 참조 변수라고 한다. (쉽게 표현해서, 객체 리모콘)

Car aCar1 = new Car();
Car aCar2 = new Car();
aCar2 = aCar1; // 더 이상 aCar2 객체를 가리키는 레퍼런스 변수가 없다…

1. 이럴 때, Garbage Collector 가 heap 영역에 돌아다니면서 주인 잃어버린 객체를 수거해간다.
2. 함수가 시작되면 메모리가 만들어지고, 함수가 끝나면 사라지기 때문에
   → aCar1 역시 함수가 종료되면 Garbage Collector 가 수거해간다!

참고 동영상 여기

public static void main(String[] args) {   // 8 byte
  int a;   // 4 byte  
  Car car1 = new Car();  // 8 byte
}   // -> 총 20 byte 공간이 스택에 생긴다.

리모콘(레퍼런스 변수)이 객체를 바라본다

• 레퍼런스 변수는 정확히 말하면, 객체의 ‘주소’를 저장하는 것.
• 이 ‘주소’가 곧 객체 리모콘, 객체를 조종할 수 있다.

자바에는 2가지 변수 타입이 있다

1. 일반 데이터 타입
   1. byte, short, int, long
   2. char
   3. boolean
   4. float, double
2. 레퍼런스 타입
   1. 객체를 참조하는 레퍼런스(리모콘)
      → 이 안에는 주소값 이 들어 있다.