i/o

1. cpu/메모리와 외부 장치간 정보를 주고 받는 것
2. 특징
   1. behavoir: input(Read only), output(writre only), storage
   2. partner: 인간, 기계
   3. data rate: 주어진 시간 내에 옮겨진 데이터의 량
3. i/o bus connection
   
   1. cpu와 i/o 디바이스는 Memory-I/O Interconnect로 연결
   2. 디바이스는 cpu에 interrupt를 걸어 요청을 처리

disk

1. 자기적인 성질을 이용한 보조기억 장치
   1. 목적
      1. 비휘발성
      2. 크고 값싸고 느림
      3. 메모리 가장 낮은 계층
2. 종류
   1. 하드디스크
      1. 개념
         1. 금속 원판의 표면에 자성 입힘
         2. 저장 용량 크며 고속으로 작동
            
      2. 구성
         1. 트랙
            1. 하나의 원으로 구성된 기억 공간
            2. 표면 당 500 ~ 2000 트랙 구성
               
         2. 섹터
            1. 원주 방향의 트랙을 구성하는 기억 공간 단위
            2. 트랙 당 32 ~ 128 섹터로 구성
            3. 읽고 쓸 수 있는 가장 작은 단위
               
         3. 실린더: 동일한 틀번호를 가지고 있는 트랙
            
         4. 클러스터: 운영체제의 의하여 할당되는 디스크 공간의 단위
            1. dos에서 하드 디스크 --> 보통 4개 또는 8개의 섹터가 하나의 클러스터 구성
      3. 디스크 접근 시간 3가지 요소
         1. seek time: 적절한 트랙에 head를 놓는 시간
         2. rotational latency: 원하는 섹터까지 기다리는 시간
         3. transfer: 데이터 grab
   2. 디스크 어레이
      1. 하드디스크를 엮어 하나의 논리 드라이브로 구성
      2. raid(Redundant Array of Inexpensive Disks)
         1. 여분의 디스크 추가한 디스크 어레이
      3. mttr: 수리하는데 걸리는 시간
      4. mttf: 고장나는데 걸리는 시간
   3. 플래시 메모리
      1. 개념
         1. 전기적으로 데이터를 지우고 다시 기록할 수 있는 비휘발성 컴퓨터 기억장치
         2. 디스크 대체 후보임 --> 지연 시간 100 ~ 1000배 디스크보다 빠름
      2. 장점
         1. 비휘발성: 전원을 꺼도 데이터가 남음
         2. 작고 가벼우며 충격에 강함
         3. 하드디스크와 달리 물리적으로 움직일 필요x --> 검색 시간 짧음

bus

1. 개념
   1. 컴퓨터 시스템 내 하드웨어들 간에 정보 전달을 위한 통로
   2. 전기를 신호를 전달하는 금속 선의 묶음 형태
      
2. 종류
   1. 데이터 버스
      1. 데이터 전달
      2. 각 구성요소(cpu, memory, i/o unit)는 양방향으로 데이터 전달 가능한 버스 사용
   2. 주소 버스
      1. 메모리 주소, i/o unit의 포트 번호 전달
      2. cpu와 memory는 단방향으로 데이터 전달이 가능한 버스 이용 --> 주소 전달은 cpu에서 메모리로만 가능
      3. cpu, memory는 i/o unit과 양뱡항으로 데이터 전달이 가능한 버스 사용
   3. 제어 버스
      1. 제어 신호 전달
      2. read와 write 신호 전달
      3. 각 구성요소는 양방향으로 데이터 전달 가능한 버스 사용
3. 버스 마스터와 중재(Bus arbitration)
   1. 버스 마스터: 시스템 버스를 사용하는 주체
   2. 중재: 버스를 이용하려는 마스터 둘 이상인 경우 --> 우선순위가 높은 마스터 선정
      1. 시스템 버스는 한 번에 하나의 마스터만이 이용 가능
   3. 버스 중재기: 버스 중재를 전담하는 장치
   4. 중재 버스
      1. 버스 중재기와 버스 마스터 간에 버스 중재를 위한 신호 --> 제어버스 통해 전송
         1. 제어 버스 중 버스 중재에 사용되는 선들의 집합
      2. 중재 방식
         1. 유의 사항
            1. bus priority:높은 우선 순위가 먼저 서비스 받도록
            2. fairness: 낮은 우선 순위 장치가 기회가 오도록
         2. daisy chain
            1. 1개의 request line 존재
               
         3. centralized, parallel
            1. 여러개의 request lines 존재
               
         4. self-selection arbitration
            1. device 본인 우선 순위 따라 선택
         5. collision detection arbitation
            1. 여러개 버스에서 request 보내 충돌 --> 잠시 wait 후 다시 request
      3. 중재 종류
         1. 버스 요구(bus request, breq)
            1. 임의의 버스 마스터가 중재기에 버스 사용을 요구하는 신호
         2. 버스 승인(grant)
            1. 중재기가 breq 신호 받았을 때 마스터에게 요구 승인을 알리는 신호
         3. 버스 사용 종료(release)
            1. 버스 사용이 끝난 후 중재기에게 신호를 보내야함
         4. 버스 사용중
            1. 임의의 버스 마스터가 사용을 요구 했을 때 이미 다른 버스 마스터가 버스를 사용중임을 알리는 신호
   5. 인터럽트 버스
      1. 제어 버스 중 인터럽트를 위한 버스선들
      2. 종류
         1. 인터럽트 요구
         2. 인터럽트 확인
4. 동기식 버스와 비동기식 버스
   1. 동기식 버스(synchronous bus)
      1. 버스의 공통 클럭에 따라 모든 버스 동작들 발생
   2. 비동기식 버스(asynchronous)
      1. 버스의 공통 클러과 상관없이 다른 버스 동작의 발생 여부에 따라 동작들 발생

입출력 구조

1. 입출력 인터페이스 기능
   1. 모든 디바이스는 인터페이수 가짐 --> bus를 통해 cpu와 통신
      1. cpu는 빠르고 io장치는 느림 --> 이를 연결 하는 것이 인터페이스
         
2. 입출력 방식
   1. memory mapped i/o
      
      1. cpu가 입출력 장치 접근시, 입출력과 메모리 주소 공간을 분리하지 않고 하나의 메모리 공간에 취급하여 배치하는 방식
         1. disk block을 메모리의 페이지에 매핑 --> read(), write()와 같은 system call 대신 메모리에 데이터를 읽고 쓰는 것처럼 사용 가능
   2. 폴링(polling)
      1. cpu가 작업을 진행하다가 입출력 명령을 만나면 --> 직접 입출력 장치에서 데이터를 가져옴
      2. cpu가 직접 일을 하기 때문에 입출력을 하는 동안 다른 일을 못함 --> 입출력 처리 동안 기다려야 하므로 효율이 떨어져 현재느 사용x
   3. 인터럽트(i/o interrupt)
      1. 입출력, 하드웨어 문제 또는 프로그램 예외 등이 발생 했을 때 --> cpu에게 알려주는 방식
         1. 신호가 들어오면 인터럽프 소스를 실행하고 다시 원래 코드로 돌아옴
      2. 장점: 정확한 타이밍을 알 수 있음
      3. 단점: 구현이 복잡함
   4. dma
      1. i/o가 직접 메모리에 쓰는 방식
         1. 원래 메모리 접근은 cpu가 주관
      2. 특징
         1. cpu에 외부에 있음
         2. cpu 개입 없이 메모리나 데이터 블럭을 옮겨줌
         3. 데이터 크기가 큰 경우에 효과적임(데이터 크기 작은 경우는 효율적x)
      3. dma module과 controller 필요
         1. cpu가 dma controller에게 다음과 같은 정보 줌 --> dma가 cpu의 역할을 하기 때문에
            1. read/write
            2. device address
            3. Starting address of memory block for data
            4. Amount of data to be transferred
      4. dma 내부 구조
         
         1. data count: 얼마나 많은 데이터 전송
         2. data register: 실제 전송되는 데이터 저장되는 장소
         3. adrress register: 메모리의 어떤 주소 영역인지
         4. control logic
      5. dma 외부구조
         
      6. dma 작동 방식
         1. disk controller(입출력 장치) 요청 보냄