프로그래밍 원리

한세경 지음

한빛미디어 2011년 12월 27일 출간 종이책 : 2007년 09월 15일 출간

작품소개

책소개

소프트웨어 공학 전문서. 이 책은 프로그래밍의 원리를 파헤쳐 소프트웨어 개발자들에게 필요한 개념을 정리한 것으로 CPU의 기본구조에서부터 OS 구성에 이르기까지 다양한 예제를 곁들여 상세하게 설명한다.

디지털과 컴퓨터의 관계, 다양한 연산과 인스트럭션과 C언어, 함수와 OS, 프로세스와 스레드, IOCP에 이르기까지 하드웨어와 소프트웨어를 함께 익힐 수 있도록 구성했다.

목차

Part1 CPU와 친해지기 - 누구나 알기 쉬운 CPU의 구조
1장 0과 1의 세상
01. 디지털과 컴퓨터
02. 0과 1의 세상
여기서 잠깐 - 비디오카드의 어드레스 라인과 데이터 라인
Vitamin info - 머리 속으로 하는 2진수의 16진수 변환

2장 논리회로
01. 기본 연산 게이트
02. BOOLE 대수
Vitamin info - BOOLE 대수 연습
03. BOOLE 대수의 응용
Exercise2-1 4x1 MUL 설계하기
Exercise2-2 카르노 맵
이것만은 알고 갑시다

3장 조합 및 순차 논리회로
01. 조합 논리회로
02. 순차 논리회로
03. RS 플립플롭
Vitamin Quiz - 입력이 모두 0인 RS 플립플롭의 출력
04. D 플립플롭
05. 기타 플립플롭들과 이들의 존재 의의
Exercise3-1 JK 플립플롭을 이용한 쉬프트 레지스터 설계
Vitamin info - 복잡한 회로의 설계
이것만은 알고 갑시다

4장 컴퓨터의 두뇌 - CPU
01. CPU의 탄생 비화
Vitamin Quiz - 건전지 예제
02. 범용 논리회로
03. 산술 연산 장치 - Adder의 구현
04. 32비트 ALU의 구현
Vitamin Quiz - Add 이외 연산의 캐리 출력
05. ALU에서의 뺄셈 구현
06. 인스트럭션 맛보기
Vitamin info - ALU의 NOT 연산 설계
이것만은 알고 갑시다

5장 CPU의 필수 도구 - 레지스터와 클럭
01. ALU와 메모리
02. 컴퓨터의 곱셈과 레지스터
03. 컴퓨터의 시계 - 클럭
Vitamin info - CPU의 클럭 속도

6장 CPU의 언어 - 인스트럭션
01. 프로그램 저장방식 컴퓨터
여기서 잠깐 - RAM과 ROM
Vitamin Quiz - 레지스터와 메모리의 차이
02. 인스트럭션의 구성요소
Vitamin info - 메모리 엑세스 인스트럭션
이것만은 알고 갑시다

7장 실전 인스트럭션 셋 - MIPS
01. MIPS의 레지스터
Exercise7-1 메모리의 크기와 어드레스 비트 수
02. 레지스터의 활용
03. R-타입의 인스트럭션
04. I-타입의 인스트력션
Vitamin Quiz - addi ve subi 인스트럭션
05. J-타입의 인스트럭션
Vitamin info - I-타입의 인스트럭션의 한계
이것만은 알고 갑시다

8장 실전 CPU 설계 - MIPS의 데이터 경로
01. R-타입 인스트럭션의 CPU 수행
02. I-타입 인스트럭션의 CPU 수행
03. J-타입 인스트럭션의 CPU 수행
Vitamin info - 유휴 하드웨어의 활용
이것만은 알고 갑시다

9장 쉴틈없이 일하라 - 파이프라이닝
01. 파이프라이닝
02. 구조적 위험
03. 분기 위험
04. 데이터 위험
Vitamin info - 인스트럭션 재배치를 통한 스톨 제거
이것만은 알고 갑시다

Part2 인간의 말을 배운 컴퓨터 - 아무도 알려주지 않는 C의 비밀
10장 컴파일러의 등장
01. CPU의 청동기 시대 - 어셈블러
02. CPU의 철기 시대 - 고급 언어의 등장
Vitamin info - 고급 언어 vs 어셈블리어
이것만은 알고 갑시다

11장 변수의 정체
01. 약방의 감초 - 변수
02. 변수의 종류와 선언
Vitamin Quiz - 상수표현과 변수의 크기
03. 변수의 크기와 부호
04. 양날의 칼 - 포인터
05. 함수까지 가리키는 만능 재주꾼 - 포인터
06. 포인터의 함정 - 댕글링 포인터
07. 아무나 가리키는 포인터 - 일반 포인터
08. 포인터의 사촌 - 배열
09. 포인터와 배열
10. 다중 배열
Vitamin info - 어셈블리어에서의 변수
이것만은 알고 갑시다

12장 메모리 나누기 - 코드, 데이터, 스택, 힙
01. 코드 및 데이터 세그먼트
02. 스택 세그먼트
여기서 잠깐 - 폰 노이만 vs 하버드 아키텍쳐
03. 힙 세그먼트
Vitamin info - 동적 메모리 할당 함수
이것만은 알고 갑시다

13장 함수가 호출되기까지
01. 벽돌과도 같은 함수 - 구조화된 프로그래밍
여기서 잠깐 - 서브루틴
02. 함수호출의 기본 원리 - 스택 프레임
03. 스택 프레임을 통한 함수간 값 전달
Vitamin Quiz - 스택의 증가방향
04. 지역 변수
Vitamin info - 호출 규약
이것만은 알고 갑시다

Part3 프로그램의 정부 - 운영체제(OS)
14장 OS의 정체
01. 누구나 넌? - OS
02. 선점과 비선점 방식

15장 OS와 친해지기 - 핵심 OS 요소
01. 프로세스 vs 스레드
02. 동기화
03. Blaocked I/O vs Non-blockde I/O
04. 멀티 스레딩과 서버
05. 윈도우즈의 최강자 서버 - IOCP
Vitamin info - 스레드의 CPU 점유율
이것만은 알고 갑시다

16장 OS 속 들여다 보기 - OS의 내부 동작 원리
01. 프로세스 vs 메모리
02. 프로그램이 실행되기까지
03. 멀티 프로그램을 위한 메모리 관리
04. 페이징
05. 페이징을 활용한 가상 메모리
06. 페이지 테이블을 위한 캐쉬 메모리 - TLBs
07. 페이징을 통한 프로세스 간 메모리 공유
08. CPU의 시간표 - 스케줄링
09. 실시간 운영체제
Vitamin info - 세그먼테이션
이것만은 알고 갑시다

정답과 해설
찾아보기

출판사 서평

우리는 흔히 차를 만드는 사람과 차를 모는 사람은 평행선에 위치해 있다고 생각하곤 한다.
하지만 해외 유명한 카레이서들이 직접 차의 엔진을 제작하여 성능을 극한으로 끌어올리고 더 훌륭한 레이스를 펼치는 것을 보면, 그들에겐 더 이상 차를 만드는 사람과 모는 사람의 경계는 존재하지 않는다.
앞의 예와 같이 개발자들이 흔히 할 수 있는 오해가 하드웨어인 CPU와 소프트웨어인 OS가 각각 개별적으로 동작한다고 생각하는 것이다. 이는 일반적으로 논리회로나 OS 등을 개별적인 과목으로 학습학기 때문에 서로의 유기적인 결합에 대해 쉽게 느끼지 못하기 때문이다.
사실 컴퓨터라는 하나의 ‘차’를 몰기 위해서는 차의 엔진에 해당하는 CPU 구조에 대해 파악해야 한다. 또한 이와 함께 속도를 올리고, 바퀴와 와이퍼를 움직이도록 지시하는 것에 해당하는 각 프로그램이 구동하는 베이스인 OS의 역할에 대한 이해도 필요하다. 그래야만 각각의 움직임(프로그램)이 차라는 하나의 개체에서 결합되어 어떻게 충돌없이 동작할 수 있는지 또 동작하게 할 수 있는지를 이해할 수 있다.
이 책은 자판기, 카레이스, 차 공장 프로세스 등 실제 우리가 접하기 쉬운 예제와 설명들을 토대로 개발자들이 프로그램을 제작할 시 놓치고 지나가기 쉬운, CPU와 C, OS의 역할과 상호 관계에 대해 한 눈에 알수 있도록 했다.
이를 통해 단지 일반적인 상식 선에서 프로그램을 이해하는 것을 뛰어넘어, 더 넓은 시야를 보유한 고급 프로그래머로 도약할 수 있는 기본을 닦아준다.


【주요내용】
디지털과 컴퓨터, 0과 1의 세상
논리회로와 플립플롭
CPU와 ALU의 다양한 연산
산술 연산 장치 - Adder의 구현
CPU의 필수 도구 - 레지스터와 클럭
인스트럭션과 인스트럭션 셋
쉴틈 없이 일하라 - 파이프라이닝
어셈블리어 VS 고급 언어
약방의 감초 - 변수
포인터와 포인터의 사촌 배열
함수 - 스택프레임, 서브루틴
선점 방식 OS와 비선점 방식 OS
프로세스 VS 스레드
윈도우즈의 최강자 서버 - IOCP
CPU의 시간표 - 스케줄링


“예를 들어 printf라는 함수가 글자를 화면에 출력하기까진 매우 많은 조력자들이 필요합니다. 당장 함수 호출이나 변수 전달 방식과 같은 기본 메커니즘에서부터 전혀 상관없을 것 같은 OS의 역할, 그리고 가장 기본적인 CPU의 동작까지. 많은 프로그래머들 중에서도 printf 함수를 호출하고 결과를 응용할 줄은 알지만 그 속에서 일어나는 일에 대해서 깊이 관심을 가지거나 자세히 아는 분은 그리 많지 않을 것입니다. 이 책에서는 이런 궁금증을 각 Part별로 나누어 가능한 쉽게 그리고 자세히 설명하려 노력하였습니다.”
- 저자 서문 중에서

작가정보

저자(글) 한세경