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다양한 입출력 방법
- 프로그램 입출력, 인터럽트 기반 입출력, DMA 입출력
프로그램 입출력
- 프로그램 속 명령어로 입출력장치를 제어하는 방법
- 입출력 명령어로써 장치 컨트롤러와 상호작용
- 메모리에 저장된 정보를 하드 디스크에 백업
- CPU가 장치 컨트롤러의 레지스터 값을 읽고 씀으로써 이루어진다
(= 하드 디스크에 새로운 정보를 쓰기)
1. CPU는 하드 디스크 컨트롤러의 제어 레지스터에 쓰기 명령어 내보내기
2. 하드 디스크 컨트롤러는 하드 디스크 상태 확인 -> 상태 레지스터에 준비 완료 표시
3-1. CPU는 상태 레지스터를 주기적으로 읽어보면서 하드 디스크 준비 여부를 확인
3-2. 하드 디스크가 준비되었다면, 백업할 메모리의 정보를 데이터 레지스터에 쓰기
🤔 근데 CPU는 어떻게 장치 컨트롤러 레지스터는 어떻게 아는걸까??
- 정답은 메모리 맵 출력 && 고립형 입출력이 있다
메모리 맵 입출력
- 메모리에 접근하기 위한 주소공간과
- 입출력 장치에 접근하기 위한 주소공간을 하나의 주소 공간으로 간주하는 방법
ex)
516번지 : 프린트 컨트롤러의 데이터 레지스터
517번지 : 프린트 컨트롤러의 상태 레지스터
라 정의가 되어있다고 가정해보자 😮
"517번지를 읽어라" == 프린트 상태 읽기
-> 메모리 접근 명령어 == 입출력 장치 접근 명령어
이처럼 같은 메모리 공간에 있는 것처럼 간주하는 것이 매모리 맵 입출력이다.
고립형 입출력
- 메모리를 위한 주소공간과
- 입출력 장치 주소 공간을 분리
- 입출력 전용 명령어를 사용!!
정리
인터럽트 기반 입출력
- 하드웨어 인터럽트는 장치 컨트롤러에 의해 발생
- 동시 다발적인 인터럽트 : 입출력장치가 많을 때를 가정
헌실적으로 모든 인터럽트를 순서적으로 처리할 수 없다.
인터럽트 중에서도 우선 순위가 높은 인터럽트가 있다그래서 작은 하드웨러를 사용하기도 하는데 PIC가 있다.
1. 여러 장치 컨트롤러에 연결이 되어있다
2. 장치 컨트롤러의 하드웨어 인터럽트 우선순위를 파악한 뒤
3. CPU에게 지금 처리해야하는 인터럽트가 무엇인지 판단하는 하드웨어
PIC는 하나만 사용하지는 않음
DMA 입출력
- 프로그램 입출력 + 인터럽트 기반 입출력 공통점?
- 입출력장치와 메모리 간의 데이터 이동은 CPU가 주도하고, 이동하는 데이터도 반드시 CPU를 거침
CPU가 가뜩이나 바쁜데..
하드디스크 백업과 같이 대용량 데이터를 이동한다면?- CPU를 거치지 않고 입출력장치가 메모리에 직접적으로 접근하는 기능
1. CPU는 DMA 컨트롤러한테 입출력 작업 명령
2. DMA 컨트롤러는 CPU 대신 장치 컨트롤러와 상호작용하면서 입출력 작업을 수행
3. 입출력 작업이 끝나면, DMA 컨트롤러는 인터럽트를 통해 CPU에게 작업이 끝났음을 알려줌
⚠️ 문제점
- DMA가 시스템 버스를 이용하는데, 시스템 버스는 공용자원이다. 그로인해 동시 사용이 불가하다
이로인해 DMA 컨트롤러는
1. CPU가 시스템버스를 이용하지 않을때마다 이용
2. CPU가 일시적으로 시스템 버스를 사용하지 않도록 허락을 구하고 시스템 버스 이용함
-> 이를 Cycle Stealing이라고 한다.
입출력 버스
- 장치 컨트롤러 시스템 버스에 바로 연결되면 DMA는 시스템 버스를 2번 이용해야 한다.
- 입출력 버스를 통해 시스템 버스의 이용빈도를 낮춘다. -> 저기 보이는 5가지의 슬롯이 입출력 버스와 연결됨
