운영체제 | Direct Memory Access

성수당·2025년 9월 26일

목록 보기

30/31

🥔 Direct Memory Access (DMA)란?

Direct Memory Access (DMA) 는 주변 장치가 CPU의 개입 없이 메인 메모리(RAM)와 직접 데이터를 주고받는 방식이다. 대용량 데이터를 빠르게 전송할 수 있도록 하기 위해 도입된 구조로, I/O 처리 성능 향상에 매우 중요하다.

🥔 CPU가 I/O를 직접 처리할 때의 문제점

CPU가 I/O 장치와 메모리 간 데이터를 직접 읽고 쓰게 되면 다음과 같은 문제가 발생한다:

CPU가 I/O 전송에 완전히 묶이게 된다.
전송이 끝날 때까지 다른 작업을 수행하지 못한다.
작은 데이터를 주고받는 것은 괜찮지만, 대용량 파일 전송이나 네트워크 통신에는 비효율적이다.

예: 하드디스크에서 메모리로 1GB를 복사할 때, CPU가 이를 직접 처리하면 전송 시간 동안 아무런 다른 계산도 하지 못한다.

🥔 DMA 동작 원리

CPU는 DMA 컨트롤러에 전송할 데이터의 시작 주소, 크기, 읽기/쓰기 방향 등을 설정한다.
설정이 끝나면 CPU는 DMA에게 제어권을 넘기고 다른 작업을 수행한다.
DMA 컨트롤러가 메모리와 I/O 장치 사이에 직접 데이터를 전송한다.
전송이 완료되면 DMA가 인터럽트를 발생시켜 CPU에게 완료를 알린다.

🥔 DMA 구조 예시

┌────────────┐     ┌────────────┐     ┌────────────┐
│  I/O 장치  │◄───►│ DMA 컨트롤러 │◄───►│    메모리    │
└────────────┘     └────────────┘     └────────────┘
                         ▲
                         │
                    ┌────────┐
                    │  CPU   │ (설정만 하고 개입 X)
                    └────────┘

CPU는 설정만 담당하고, 데이터 전송은 완전히 DMA 컨트롤러가 수행한다.

🥔 DMA의 장점

항목	설명
CPU 부하 감소	데이터 전송에 개입하지 않아도 되므로 CPU가 다른 연산을 수행할 수 있다
고속 전송 가능	하드웨어 레벨에서 직접 전송하므로 속도가 빠르다
효율적인 I/O 처리	대용량 데이터의 입출력 처리에 적합하다

🥔 DMA 없이 I/O 처리 방식: Programmed I/O

CPU가 I/O 장치의 레지스터에 직접 읽고 쓰는 방식
모든 데이터 전송을 CPU가 하나하나 관리해야 한다.
오버헤드가 크고, 병목 현상이 발생한다.
소규모 I/O에는 적합하지만 대용량에는 부적절하다.

🥔 DMA와 Interrupt의 차이

구분	DMA	Interrupt
정의	메모리와 장치 간 직접 데이터 전송	장치의 상태 변화를 CPU에 알림
CPU 역할	설정만 수행, 이후 관여 X	인터럽트가 발생할 때마다 CPU가 응답
예시	디스크에서 파일 읽기	키보드 입력, 마우스 클릭