Computer Science

1. CPU (Central Processing Unit) 개요CPU는 컴퓨터 시스템의 두뇌 역할을 하는 핵심적인 전자 회로이며, 프로그램의 명령어를 해석하고 실행하여 데이터를 처리하는 장치다. CPU의 성능은 컴퓨터의 전반적인 성능을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나이며, 주로 클럭 속도(Clock Speed), 코어(Core) 수, 캐시(Cache) 메모리 크기 등으로 평가된다.CPU는 기본적으로 명령어 사이클(Instruction Cycle)을 반복하여 동작한다. 이 사이클은 메모리에서 명령어를 가져오고(Fetch), 해석하며(Decode), 실행하고(Execute), 결과를 저장(Store)하는 단계로 이루어진다.2. CPU의 핵심 구성요소CPU는 크게 산술 논리 장치(ALU), 제어 장치(Co..

1. 가상 메모리가상 메모리(Virtual Memory)는 물리 메모리(RAM)의 크기보다 더 큰 프로그램을 실행할 수 있도록 지원하고, 각 프로세스에 독립적이고 연속적인 메모리 공간을 제공하는 운영체제의 핵심 기법입니다. 한정된 메모리 자원을 여러 프로세스가 효율적으로 나누어 사용하고, 서로를 보호하며, 물리 메모리 크기보다 더 큰 프로그램을 실행하기 위한 해결책입니다.가상 메모리의 목적물리 메모리 크기 제약 극복: 프로그램 전체가 메모리에 올라오지 않아도 실행이 가능하게 하여, 실제 RAM 크기보다 큰 프로그램을 실행할 수 있습니다.메모리 보호 (Memory Protection): 각 프로세스는 자신만의 독립된 가상 주소 공간을 가지므로, 다른 프로세스의 메모리 영역을 침범할 수 없습니다. 이는 시스..

1. 메모리 구조컴퓨터 메모리 구조는 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 공간의 조직적인 설계와 계층을 의미합니다. 현대 컴퓨터 시스템은 단일한 메모리를 사용하는 대신, 메모리 계층 구조(Memory Hierarchy)라는 다계층 구조를 채택합니다.이러한 계층 구조의 목적은 "성능", "용량", "비용" 이라는 세 가지 상충하는 요구사항 사이의 최적점을 찾는 것입니다. 일반적으로 메모리는 다음과 같은 특징을 가집니다.빠를수록(성능) -> 용량이 작고 -> 비트당 비용이 비싸다.느릴수록(성능) -> 용량이 크고 -> 비트당 비용이 저렴하다.메모리 계층 구조는 CPU가 자주 접근하는 데이터는 빠르고 비싼 메모리에, 그렇지 않은 데이터는 느리고 저렴한 메모리에 저장함으로써, 평균적인 접근 속도를 높이고 대용량을..

1. 깊은 복사와 얕은 복사객체 지향 프로그래밍에서 한 객체의 상태를 다른 객체로 복사해야 하는 경우는 매우 흔합니다. 이때 복사를 수행하는 방식에 따라 얕은 복사(Shallow Copy)와 깊은 복사(Deep Copy)로 나뉩니다. 두 방식의 핵심적인 차이는 '객체 내의 참조(포인터) 멤버를 어떻게 처리하느냐'에 있으며, 메모리 관리, 데이터 무결성, 그리고 프로그램의 안정성에 큰 영향을 미칩니다.2. 얕은 복사 (Shallow Copy)2.1. 이론 및 개념 얕은 복사는 객체를 복사할 때, 해당 객체의 멤버 변수 값들을 그대로 복사하는 방식입니다. 만약 멤버 변수가 값(Primitive Type)이라면 해당 값이 복사되지만, 만약 참조(Reference Type, e.g., 포인터, 주소)라면 참조값..

1. 레드 블랙 트리레드-블랙 트리(Red-Black Tree, RBT)는 컴퓨터 과학에서 가장 널리 사용되는 자가 균형 이진 탐색 트리(Self-Balancing Binary Search Tree) 중 하나다. 일반적인 이진 탐색 트리(BST)가 데이터의 삽입 순서에 따라 최악의 경우 O(n)의 성능을 보이는 치명적 단점을 갖는 반면, 레드-블랙 트리는 트리 스스로 구조를 재조정하여 삽입, 삭제, 탐색 연산에 대해 항상 O(log n)의 시간 복잡도를 보장한다.2. 이론2.1. 이진 탐색 트리와 균형의 문제이진 탐색 트리는 '왼쪽 자식 2.2. 레드-블랙 트리의 5가지 규칙레드-블랙 트리는 BST의 속성을 모두 가지며, 추가적으로 다음 5가지 규칙을 반드시 만족해야 한다.색상: 모든 노드는 '레드(Re..

1. 교착 상태교착 상태(Deadlock)란 멀티프로세싱 환경에서 둘 이상의 프로세스(또는 스레드)가 상대방이 점유한 자원을 기다리며 무한 대기에 빠져, 시스템 전체의 진행이 멈추는 현상을 의미한다. 이는 단순히 성능 저하를 넘어 시스템의 가용성을 위협하는 문제다.2. 교착 상태의 형식적 정의와 발생 조건2.1. 자원 할당 그래프 (Resource-Allocation Graph)교착 상태는 자원 할당 그래프를 통해 형식적으로 모델링할 수 있다. 이 그래프는 프로세스(원)와 자원 유형(사각형)이라는 두 종류의 정점(vertex)으로 구성된다.프로세스 정점(P): 시스템 내의 활성 프로세스 집합 {P₁, P₂, ...}자원 정점(R): 시스템 내 자원 유형의 집합 {R₁, R₂, ...}. 사각형 안의 점은..

1. 메모리 할당C와 C++에서 동적 메모리 할당은 프로그램의 유연성과 효율성을 결정하는 핵심 기능이다. C언어의 malloc 함수와 C++의 new 연산자는 힙(Heap) 영역에 메모리를 할당한다는 공통점을 갖지만, 그 철학과 내부 동작 방식, 프로그래밍 패러다임에 미치는 영향은 근본적으로 다르다.2. malloc / free: C 스타일의 저수준 메모리 관리malloc은 C 표준 라이브러리(stdlib.h)에 정의된 함수로, 순수한 메모리 블록(raw memory)을 할당하는 역할만 수행한다.2.1. 내부 구조 및 구현 방식malloc은 시스템 콜(System Call)이 아니다. malloc 라이브러리 함수는 커널로부터 큰 메모리 덩어리를 미리 할당받아, 이를 자체적인 자료구조로 관리하며 사용자에게..

1. 메모리 계층 구조 컴퓨터 시스템에서 이상적인 메모리는 CPU만큼 빠르고, 용량은 무한하며, 가격은 저렴해야 합니다. 하지만 현실에서는 이 세 가지 조건을 모두 만족하는 단일 메모리를 만드는 것이 불가능합니다. 속도가 빠르면 가격이 비싸고 용량이 작아지며, 용량이 크고 저렴하면 속도가 느려지는 상충 관계(Trade-off)가 존재합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 메모리 계층 구조(Memory Hierarchy)가 등장했습니다. CPU가 자주 접근하는 데이터는 소량이지만 매우 빠른 메모리에 저장하고, 그렇지 않은 데이터는 대용량의 느리고 저렴한 메모리에 저장하는 방식입니다. 이를 통해 시스템은 평균적으로 빠른 메모리 접근 속도를 얻으면서도 비용 효율적인 대용량 저장 공간을 확보할 수 있습니다. 이 ..

1. AVL 트리 이진 탐색 트리(Binary Search Tree, BST)는 데이터를 효율적으로 검색, 삽입, 삭제하기 위한 자료구조입니다. 평균적으로 O(log n)의 시간 복잡도를 가지지만, 이는 트리가 균형 잡혀 있을 때의 이야기입니다. 만약 데이터가 정렬된 순서로 삽입되면, 이진 탐색 트리는 한쪽으로만 성장하는 편향 트리(Skewed Tree)가 되어 연결 리스트(Linked List)와 같은 구조가 됩니다. 이 경우, 탐색, 삽입, 삭제 연산은 최악의 경우 O(n)의 시간 복잡도를 갖게 되어 이진 탐색 트리의 장점이 사라집니다. 이러한 'BST의 퇴화(degenerate) 문제'를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 자가 균형 이진 탐색 트리(Self-Balancing BST)입니다. AVL 트..

1. Server 모델네트워크 기반 애플리케이션, 특히 멀티플레이어 게임을 개발할 때 가장 중요한 아키텍처 결정 중 하나는 서버 모델을 선택하는 것입니다. 서버는 모든 클라이언트(플레이어)를 연결하고 게임 상태를 동기화하는 중앙 허브 역할을 합니다.대표적인 서버 모델로는 데디케이티드 서버(Dedicated Server)와 리슨 서버(Listen Server)가 있으며, 각각의 선택은 성능, 비용, 확장성, 개발 복잡성 및 사용자 경험에 지대한 영향을 미칩니다.2. 리슨 서버 (Listen Server)2.1. 개념 및 기본 구조리슨 서버는 "클라이언트가 곧 서버(Client-as-Server)"가 되는 구조입니다. 멀티플레이어 세션에 참여하는 여러 클라이언트 중 하나가 서버의 역할을 겸임합니다. 즉, 호..