8-1. 장치 컨트롤러와 장치 드라이버
1. 장치 컨트롤러
- 입출력장치의 까다로움
- 종류의 다양성
- 데이터 전송률(얼마나 데이터를 빨리 교환할 수 있는지)이 낮음
- 입출력장치는 장치 컨트롤러라는 하드웨어를 통해 컴퓨터에 연결됨
- 장치 컨트롤러 = 입출력 제어기, 입출력 모듈
- 장치 컨트롤러의 기능
- CPU와 입출력장치 간의 통신 중개
- 오류 검출
- 데이터 버퍼링
- 버퍼링 : 전송률 높은 장치와 낮은 장치 사이에 주고 받는 데이터를 버퍼라는 임시 저장 공간에 저장해 전송률을 비슷하게 맞추는 방법
- 장치 컨트롤러의 내부
- 데이터 레지스터 : CPU와 입출력 장치 사이 주고받을 데이터가 담김
- 상태 레지스터 : 입출력장치의 상태 정보 저장
- 제어 레지스터 : 입출력장치가 수행할 내용에 대한 제어 정보와 명령 저장
2. 장치 드라이버
- 장치 컨트롤러의 동작 감지, 제어함으로서 장치 컨트롤러가 컴퓨터 내부와 정보를 주고받을 수 있게 하는 프로그램
- 입출력장치를 연결하기 위한 소프트웨어적인 통로
/
8-2. 다양한 입출력 방법
1. 프로그램 입출력
-
프로그램 속 명령어로 입출력장치를 제어하는 방법
/ -
CPU가 입출력 작업을 하는 과정
- HDD 컨트롤러의 제어 레지스터에 쓰기 명령을 내보냄
- HDD 컨트롤러는 HDD 상태 확인. 준비된 상태면 상태 레지스터에 준비되었다고 표시
- CPU는 상태 레지스터는 주기적으로 읽어 HDD의 준비 여부 확인. 준비됐음을 확인하면 백업할 메모리 정보를 데이터 레지스터에 씀
/
-
메모리 맵 입출력 : 메모리에 접근하기 위한 주소 공간과 입출력장치에 접근하기 위한 주소 공간을 하나의 주소 공간으로 간주
-
고립형 입출력 : 메모리를 위한 주소 공간과 입출력장치를 위한 주소 공간을 분리하는 방법
2. 인터럽트 기반 입출력
-
장치 컨트롤러가 입출력 작업을 끝낸 뒤 CPU에게 인터럽트 요청 신호를 보내면 CPU는 하던 일을 잠시 백업하고 인터럽트 서비스 루틴을 실행
-
인터럽트를 기반으로 하는 입출력
-
NMI(Non-Maskable Interrupt) : 인터럽트 비트를 비활성화해도 무시할 수 없는 인터럽트
-
프로그래머블 인터럽트 컨트롤러(PIC, Programmable Interrupt Controller) : 여러 장치 컨트롤러에 연결되어 장치 컨트롤러에서 보낸 하드웨어 인터럽트 요청들의 우선순위를 판별한 뒤 CPU에 지금 처리해야 할 하드웨어 인터럽트는 무엇인지 알려주는 장치
-
PIC의 다중 인터럽트 처리 과정
- PIC가 장치 컨트롤러에서 인터럽트 요청 신호를 받아들임
- PIC는 CPU에 처리해야 할 인터럽트 요청 신호를 보냄
- CPU는 PIC에 인터럽트 확인 신호를 보냄
- PIC는 데이터 버스를 통해 CPU에 인터럽트 벡터를 보냄
- CPU는 인터럽트 벡터로 인터럽트 요청의 주체를 알게 되고, 해당 장치의 인터럽트 서비스 루틴을 실행
3. DMA 입출력
-
DMA(Direct Memory Access) : 입출력장치와 메모리가 CPU를 거치지 않고도 상호작용할 수 잇는 입출력 방식
-
DMA 입출력을 하기 위해 시스템 버스에 연결된 DMA 컨트롤러라는 하드웨어 필요
/ -
DMA 입출력 과정
- CPU는 DMA 컨트롤러에 입출력장치의 주소, 수행 연산, 읽거나 쓸 메모리 주소 등과 같은 정보로 입출력 작업 명령
- DMA 컨트롤러는 CPU 대신 장치 컨트롤러와 상호작용
- 입출력 작업 끝나면 DMA 컨트롤러는 CPU에 인터럽트를 걸어 작업이 끝남을 알림
-
입출력 버스
- PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스
- PIC Express(PCle) 버스
소프트웨어학부 2학년