CSAPP, OSTEP를 읽으면서 이론적 지식을 공부하는 것도 좋지만, 실제 세계에서 어떤 식으로 동작하는가... 도 많이 궁금해하는 편이라 같이 메모하려고 함.

CSAPP

1. 목적파일은 어떻게 연결되는가? 링커는 어떻게 동작하는가?

근데 이거 7장에 나오는 듯? 너무 딥하게 팔 필요는 없고 이런 이미지 정도로만 생각하고 있어도 충분해보임.

출처: CASS

2. 컴퓨터/CPU는 실제로 어떻게 생겼는가?

이런 구조는 많이 보는데, 그래서 실제로 어떻게 생겼나?

컴퓨터

I/O Bridge가 나온 모델은 상대적으로 현대적인 모델이라 볼 수는 없었고, 단순한 Ben Eater를 보면 도움이 된다.

실제 구현해보려면 하드웨어를 만지는 것보다는 코드로 구현하는 Nand2Tetris를 하는게 좋을 듯 하다.

출처

Word 크기가 CPU의 처리 단위에 의해 결정된다는 점이 실물에서도 그대로 드러난다. 8-bit CPU이므로 한 번에 8-bit만 처리할 수 있고, 메모리 주소 공간도 그에 맞게 제한된다.

명령어 역시 8-bit로 구성되어 있다. "ben eater 8 bit computer instruction set"으로 검색하면 확인할 수 있다.

한 클럭에 하나의 신호만 전송하므로, 위 이미지의 버스 배선도 실제로 8개의 선으로 이루어져 있다. 이 원리 자체는 현대 프로세서에서도 동일하다(버스 폭이 넓어졌을 뿐이다).

CPU

실제 8bit의 CPU는 이렇게 생겼다. 버스도 8개 사용하는거 볼 수 있음.

출처

visual6502.org에서 JS로 시뮬레이션도 가능하다.

버스, I/O Bridge

CPU의 내부 데이터 경로는 기본적으로 워드 크기(32-bit, 64-bit 등)에 맞춰져 있지만, 외부 I/O 버스(PCIe, USB, SPI 등)는 독자적인 데이터 폭과 프로토콜을 가진다.
I/O Bridge(버스 컨트롤러)가 이 차이를 변환한다. 복잡한 버스 컨트롤러는 펌웨어가 있는 경우도 있음.

컴퓨터는 왜 2진수인가? 하드웨어와 관련해서

최근 CSAPP를 읽다가 하드웨어 관련 내용을 보면서 예전에 봤던 영상이 떠올랐다.

CD가 어떤 방식으로 동작하는지 간단하게 설명하는 영상이다. CD 표면에는 pit(홈)과 land(평면) 구조가 있는데, 레이저가 이를 지나가면 반사되는 빛의 세기가 달라진다. 이 차이를 센서가 감지해 전기 신호로 변환한다.

CD가 대부분 일회용인 이유도 여기에 있다. 기록할 때 물리적으로 구조를 바꿔버리기 때문이다. HDD도 비슷하게 물리적 상태를 이용하지만 방식은 다르다. 디스크 표면에 자기장을 부여해 그 방향으로 0과 1을 구분하고, 이를 다시 바꿀 수 있기 때문에 여러 번 읽고 쓰기가 가능하다.

이 이야기는 결국 왜 컴퓨터가 2진수를 사용하는가를 설명하는 현실적인 비유로도 볼 수 있다. 컴퓨터가 다루는 수학은 이진수지만, 실제 물리 세계의 신호는 연속적인 값이다.

문제는 현실 세계의 하드웨어(전압, 물리적 디스크 등)에는 항상 노이즈(noise)가 존재한다는 점이다. 그래서 이를 안정적으로 처리하기 위해 여유 구간(noise margin)을 두고 신호를 구분한다. 이때 상태 수가 많아질수록 구분이 어려워지기 때문에, 두 상태로 나누는 방식이 가장 안정적이고 단순한 설계가 된다.

즉 다른 방식이 물리적으로 불가능한 것은 아니지만, 공학적으로 효율이 떨어지기 때문에 대부분의 컴퓨터가 2진 시스템을 사용한다고 볼 수 있다.

OSTEP

아직 딱히 없음.