01 입출력 시스템
1-1 입출력장치와 채널
주변장치
저속 주변장치: 키보드, 마우스
고속 주변장치: 그래픽 카드, 하드 디스크
하나의 버스로 주변장치를 묶으면 저속장치가 고속장치의 데이터 이동 방해
채널: 데이터가 지나다니는 하나의 통로
전송속도가 비슷한 장치끼리 채널 할당 -> 전체 데이터 전송 속도 향상
1-2 입출력 버스의 구조
-
초기의 구조
모든 장치 하나의 버스
입출력 명령 -> CPU가 작업 진행하다가 직접 입출력장치에서 데이터를 가져옴(폴링) -
입출력 제어기를 사용한 구조
2개 채널
메인 버스: 고속
입출력 버스: 주변장치
CPU와 메모리의 작업이 느려지는 것을 막음 -> 전체 효율 향상
-
입출력 버스의 분리
3개 채널
메인 버스(+그래픽 카드), 고속 입출력 버스, 저속 입출력 버스
두 버스 사이의 데이터 전송 -> 채널 선택기가 관리현대의 컴퓨터: 메인 버스, 그래픽 버스, 고속 입출력, 저속 입출력
1-3 직접 메모리 접근
-
직접 메모리 접근
입출력제어기가 CPU 없이 DMA 제어기를 통해 메모리에 접근
채널 선택기는 여러 채널에서 전송된 데이터 중 어떤 것을 메모리로 보낼 지 결정 -
메모리 공간 분할
메모리 맵 입출력:
메모리를 CPU 작업 공간과 DMA 제어기가 쓰는 공간을 분리하여 메인 메모리를 운영하는 것
1-4 인터럽트
주변 장치의 입출력 요구나 하드웨어의 이상을 알려주는 역할을 하는 신호
- IRQ: 각 장치에게 부여된 고유의 인터럽트 번호
- 종류:
-외부 인터럽트: 입출력장치, 기계적 오류
-내부 인터럽트: 프로세스의 잘못, 문제
-시그널: 사용자가 직접 발생 - 인터럽트 벡터: 어떤 인터럽트? 자료구조. 1이면 인터럽트 발생
- 인터럽트 핸들러: 인터럽트의 처리 방법을 함수 형태로 만들어 놓은 것
1-5 버퍼
- 데이터를 담는 용도
- 속도가 다른 두 장치의 속도 차이를 완화
- 버퍼에 담아 한번에 전송
- 이중 버퍼: 데이터를 담는 용도, 데이터를 가져가는 용도
하드웨어 안전제거
버퍼가 다 찰 때까지 입출력 장치에 자료가 전송 X.
이 상태에서 장치제거 -> 버퍼 안의 데이터가 저장 X
- 하드웨어 안전 제거 => 버퍼가 덜 차도 강제로 옮김(플러시)
02 디스크 장치
2-1 디스크 장치의 종류
- 플래터
- 섹터 : 하드디스크의 가장 작은 저장 단위
- 블록 : 운영체제 입장에서 가장 작은 저장 단위(하드 디스크와 컴퓨터 사이에 데이터를 전송하는 논리적인 저장단위), 여러 개의 섹터(데이터 연관성, 소설책 읽을 때 읽은 부분에서 이어서 읽는 원리)
- 트랙 : 데이터 기록 동심원
- 실린더 : 트랙의 집합
- 헤드
- CD : 휴대할 수 있는 소형 원반
-
각속도 일정 방식 : 하드 디스크 플래터
플래터->항상 일정한 속도로 회전
트랙마다 속도가 다름 -> 섹터의 크기 다름
장점: 단순하고 조용하게 작동
단점: 트랙의 섹터 수 동일, 바깥쪽 트랙에 낭비 공간 -
선속도 일정 방식 : CD
헤드->어느 트랙에서나 단위 시간당 디스크 이동거리 같음 (안쪽 빠름, 바깥 느림)
섹터 크기 같음 -> 모든 트랙의 섹터 수 다름
장점: 많은 데이터 저장, 낭비 공간 X
단점: 모터 제어 복잡, 소음
2-2 디스크 장치의 데이터 전송 시간
데이터 전송 시간 = 탐색 시간 + 회전 지연 시간 + 전송 시간
2-3 디스크 장치 관리
-
파티션
디스크를 논리적으로 분할하는 작업
1 파티션, 1 파일 시스템
대용량 하드디스크-> 여러 개로 나눠 사용하면 관리가 편함
여러 개의 하드 디스크를 하나의 파티션으로 통합해 사용하기도 함 -
마운트
유닉스 운영체제에서 여러 개의 파티션을 하나로 통합하는 기능 -
포매팅
사용할 수 있는 형태로 만드는 작업(디스크에 파일 시스템 탑재하고 디스크 표면 초기화)
빈 저장장치에 파일 태이블 탑재
빠른 포매팅: 데이터 그대로, 파일 테이블 초기화(사용하다가 다시 포매팅)
느린 포매팅: 디스크에 파일 시스템 탑재, 디스크 표면 초기화(하드 디스크 처음 사용) -
조각모음
조각 많이 생김 -> 큰 파일 여러 조각으로 -> 읽을 때 여러 곳을 돌아다녀야 함 -> 성능 저하
주기적으로 조각 모음 필요
2-4 네트워크 저장장치
- DAS(HAS): 서버와 같은 컴퓨터에 직접 연결된 저장장치를 사용하는 방식
- NAS: 네트워크로 연결
- SAS: 서버로 연결
03 디스크 스케줄링
목적: 트랙의 이동을 최소화 -> 탐색 시간을 줄이는 것
1. FCFS
first come first serve
요청이 들어온 순서대로
-
SSTF
Shortest Seek Time First
현재 헤드가 있는 위치에서 가장 가까운 트랙부터
효율성 좋지만 아사현상(멀다는 이유로 우선순위 낮음) -
블록 SSTF
큐를 블록 형태로 묶음, 블록 내에서 SSTF 알고리즘
공평성 보장(에이징 사용), 성능은 FCFS가 더 좋음 -
SCAN
헤드가 마지막 트랙에 도착할 때까지 한 방향으로만 이동
동일 트랙이나 실린더 요청이 연속적으로 발생 -> 아사현상 -
C-SCAN
Circular SCAN
헤드가 한쪽 방향으로 움직임, 반대방향으로 돌아올 때는 서비스 X
작업 없이 헤드 이동 -> 비효율적
동일 트랙 요청 연속적 발생 -> 아사현상 -
LOOK
한 방향으로 이동하다가 더이상 서비스할 트랙이 없으면 방향을 바꿈(SCAN과 차이) -
C-LOOK
C-SCAN + LOOK -
SLTF
Shortest Latency Time First
큐에 들어온 요청을 디스크의 회전 방향에 맞춰 재정렬하고 서비스
04 RAID
05 하드웨어의 규격과 발전
메인보드의 포트
CPU 포트, 램 포트, 그래픽 포트, SATA, PCI
직렬포트 병렬포트
직렬: 데이터 한 줄로 이동
병렬: 데이터 여러 줄로 이동
USB 포트
