컴퓨팅 수준 이해

혼란스러운 질문에 대해 죄송합니다. 포인터를 찾고 있습니다.

지금까지는 애플리케이션 계층에서 Java 및 Python으로 주로 작업 해 왔으며 운영 체제 및 하드웨어에 대한 모호한 이해가 있습니다. 저수준의 컴퓨팅에 대해 훨씬 더 이해하고 싶지만 실제로는 다소 압도적입니다. 대학에서 저는 마이크로 프로그래밍에 관한 수업을 들었습니다. 즉, 프로세서가 어떻게 ASM 코드를 구현하기 위해 배선되어 있는지에 대한 수업을 들었습니다. 지금까지 나는 항상 "낮은 수준"에 대해 더 많이 배우면 더 이상 끝나지 않을 것이라고 생각했습니다.

내가 가진 한 가지 질문은 하드웨어가 개발자로부터 거의 완전히 숨겨지는 것이 어떻게 가능합니까? 운영 체제가 하드웨어의 소프트웨어 계층이라고 말하는 것이 정확합니까? 하나의 작은 예 : 프로그래밍에서 L2 또는 L3 캐시가 무엇인지 이해해야 할 필요성을 결코 겪지 않았습니다. 일반적인 비즈니스 응용 프로그램 환경의 경우 오늘날 거의 모든 기술 스택이 있기 때문에 어셈블러와 더 낮은 수준의 컴퓨팅을 이해할 필요가 거의 없습니다. 이 낮은 수준의 요점은 더 높은 수준의 인터페이스를 제공하는 것입니다. 다른 한편으로, 나는이 전체 그래픽 컴퓨팅과 같이 하위 레벨이 얼마나 많은 영향을 미칠 수 있는지 궁금합니다.

다른 한편으로,이 이론적 인 컴퓨터 과학 브랜치는 추상 컴퓨팅 모델에서 작동합니다. 그러나 나는 복잡성 모델, 증명 검증 등의 범주에서 도움이되는 생각을 거의 얻지 못했습니다. NP라고하는 복잡성 클래스가 있으며 해결할 수 없다는 것을 알고 있습니다 내가 놓친 것은 이러한 것들에 대해 생각할 프레임 워크에 대한 참조입니다. 거의 상호 작용하지 않는 모든 종류의 다른 캠프가있는 것 같습니다.

지난 몇 주 동안 보안 문제에 대해 읽었습니다. 여하튼, 많은 다른 층들이 모입니다. 공격과 악용은 거의 항상 하위 수준에서 발생하므로이 경우 OSI 계층의 세부 사항, OS의 내부 작동 등에 대해 알아야합니다.

이러한 것들에 대해 생각하는 키워드는 추상화 입니다.

추상화는 시스템의 세부 사항을 고의로 무시하여 많은 서브 시스템에서 더 큰 시스템을 조립할 때 하나의 개별 구성 요소로 생각할 수 있도록하는 것을 의미합니다. 메모리 할당 및 레지스터 스 필링 및 트랜지스터 런타임 의 세부 사항을 고려하면서 최신 응용 프로그램을 작성하는 것은 상상할 수 없을 정도로 강력 합니다. 그러나 이상적인 방식으로 가능할 수는 있지만 비교할 수 없을 정도로 쉽지는 않습니다.그들에 대해 생각하고 대신 높은 수준의 작업을 사용하십시오. 최신 컴퓨팅 패러다임은 솔리드 스테이트 전자, 마이크로 프로그래밍, 기계 명령어, 고급 프로그래밍 언어, OS 및 웹 프로그래밍 API, 사용자 프로그래밍 가능 프레임 워크 및 응용 프로그램 등 여러 수준의 추상화에 결정적으로 의존합니다. 오늘날 전체 시스템을 이해할 수있는 사람은 거의 없으며, 우리가 그 상태로 돌아갈 수있는 길도 없습니다.

추상화의 반대 측면은 전력 손실입니다. 세부 사항에 대한 결정을 하위 수준으로 내림으로써, 하위 수준에는 '큰 그림'이없고 현지 지식에 의해서만 작업을 최적화 할 수 있고 (잠재적) 인간으로서의 지능. (보통. 요컨대, 프로세서 코드로 HLL을 컴파일하는 것은 오늘날 프로세서 아키텍처가 너무 복잡해지기 때문에 가장 지식이 많은 사람보다 기계에 의해 더 잘 수행됩니다 .)

추상화의 결함과 누수는 종종 시스템의 무결성을 위반하기 위해 악용 될 수 있기 때문에 보안 문제는 흥미로운 문제입니다. API가 메소드 A, B 및 C를 호출 할 수 있다고 가정 할 때 조건 X가 보유하는 경우에만 조건을 잊어 버리고 조건을 위반할 때 발생하는 폴 아웃에 대비할 수 없습니다. 예를 들어, 클래식 버퍼 오버플로는 메모리 셀에 쓰면이 특정 메모리 블록을 직접 할당하지 않는 한 정의되지 않은 동작을 생성한다는 사실을 이용합니다. API는 무언가를 보장합니다 .결과적으로 발생하지만 실제로 결과는 다음 단계에서 시스템의 세부 사항에 의해 정의됩니다-우리는 의도적으로 잊어 버렸습니다! 조건을 충족하는 한, 이것은 중요하지 않지만, 그렇지 않은 경우 두 수준을 모두 잘 이해하는 공격자는 일반적으로 전체 시스템의 동작을 원하는대로 지시하여 나쁜 일이 발생할 수 있습니다.

메모리 할당 버그의 경우는 큰 시스템에서 단일 오류없이 메모리를 수동으로 관리하기가 실제로 어렵 기 때문에 특히 나쁩니다. 이것은 실패한 추상화 사례로 볼 수 있습니다 .C로 필요한 모든 것을 할 수는 있지만mallocAPI는 단순히 남용하기 쉽습니다. 프로그래밍 커뮤니티의 일부는 이제 이것이 시스템에 레벨 경계를 도입하는 대신 잘못된 위치라고 생각하고 대신 자동 메모리 관리 및 가비지 콜렉션을 통해 언어를 승격시킵니다. . 사실, 오늘날에도 C ++을 여전히 사용하는 주된 이유는 정확히 어떤 리소스를 언제 언제 가져 와서 해제 할 것인지를 제어 할 수 있기 때문입니다. 이런 식으로 오늘날 관리되는 언어와 관리되지 않는 언어 사이의 주요 체계는 추상화 계층을 정확하게 정의 할 위치에 대한 의견 불일치로 간주 될 수 있습니다.

컴퓨팅의 다른 주요 대안 패러다임에서도 마찬가지입니다. 오늘날의 복잡한 요구 사항에 따라 솔루션을 처음부터 엔지니어링 할 수 없기 때문에이 문제는 실제로 대규모 시스템을 구축해야 할 때마다 항상 발생합니다. (요즘 AI의 일반적인 관점은 인간의 뇌가 실제로 있다는 것입니다 않는 그런 일을 - 피드백 루프, 대규모 상호 연결 네트워크 등 대신 간단한와 별도의 모듈 및 레이어, 그들 사이에 추상화 된 인터페이스를 통해 발생하는 행동이 우리 이유가 있음 우리 자신의 지능을 시뮬레이션하는 데 거의 성공하지 못했습니다.)