주기억장치와 입출력장치의 시스템 구성

주기억장치와 입출력장치의 시스템 구성에 대해서

주기억장치와 입출력장치의 시스템 구성에 대해서 말씀드리겠습니다. 컴퓨터 내부로 전송하는 외부 장치는 입력장치를 말하고 컴퓨터 내부에서 외부로 정보를 전송하는 외부 장치는 출력장치라고 합니다. 또한 입출력 시스템은 기본적으로 입출력장치, 입출력장치 제어기, 입출력장치 인터페이스, 입출력 버스, 입출력 제어기, 중앙처리장치와 주기억장치, 주기억장치 버스로 구성되어 있습니다. 먼저 입출력장치는 프린터나 키보드와 같은 장치를 말하며, 사용자는 이와 같은 입출력장치를 통하여 데이터를 저장하거나 시스템에서 처리한 결과 등을 출력합니다. 다음으로 입출력장치 제어기는 입출력장치를 움직이는 구동장치입니다. 모터를 회전시키는 기계적인 장치 등이 바로 입출력장치 제어기이며, 보통 입출력장치에 포함됩니다. 다음으로 입출력장치 인터페이스입니다. 입출력장치 인터페이스는 입출력 포트라고 부르기도 하며, 중앙처리장치의 내부 레지스터와 입출력장치 간의 정보 전송을 제어합니다. 또한 전기적인 장치인 컴퓨터와 기계적인 장치인 입출력장치의 차이를 제어합니다. 이러한 입출력장치 인터페이스는 입출력 제어기에 포함되기도 합니다. 다음은 입출력 버스입니다. 입출력 버스는 입출력 인터페이스와 컴퓨터 시스템 사이에 있는 데이터 전달 경로를 말합니다. 단순한 기능을 가진 컴퓨터의 경우에는 입출력 버스가 중앙처리장치에 연결되지만 고성능 시스템인 경우에는 입출력 버스는 입출력 제어기를 통해서 주기억장치 버스에 연결됩니다. 마지막으로 주기억장치 버스는 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스로 구성되며, 중앙처리장치와 주기억장치 사이에 있는 데이터 전송 경로를 말합니다. 이러한 입출력 시스템 중에서 가장 기본적인 것은 바로 입출력장치 인터페이스와 중앙처리장치로 구성된 것입니다. 기본 입출력 시스템은 입출력 제어기가 없기 때문에 모든 입출력 제어 기능은 중앙처리장치에 두는 시스템입니다. 다만 대부분 입출력 작업을 중앙처리장치가 직접 개입하여 수행하므로 시스템의 전체적인 효율은 떨어집니다. 이렇게 시스템의 성능이 떨어지는 단점을 개선한 방법이 있습니다. 바로 입출력 인터페이스와 주기억장치 사이에 입출력 제어기를 설치하여 중앙처리장치가 입출력의 개입을 막는 방법입니다. 입출력 시스템은 기본 입출력 시스템보다 속도가 빠른 자기디스크와 같은 입출력장치에 사용됩니다. 입출력에 필요한 기능은 하드웨어 기능과 소프트웨어 기능으로 구분합니다. 이때 하드웨어 기능이란 주기억장치와 각 입출력장치 사이에 데이터 전달을 위한 송수신 회선과 입출력장치와 주기억장치 사이의 특성에 관한 차이를 보완하는 회로의 기능입니다. 그리고 소프트웨어 기능은 입출력이 수행되도록 하는 프로그램을 의미합니다. 다음으로 주기억장치와 입출력장치의 시스템 버스에 관하여 설명해 드리겠습니다. 시스템 버스의 정의는 중앙처리장치와 주기억장치, 입출력장치, 네트워크 등 서로 정보를 교환하는 통신 회선을 의미합니다. 버스는 여러 장치가 공유하면서 시간을 멀티플렉서하여 사용하는 것이기 때문에 한순간에는 하나의 정보만이 전달되어야 합니다. 하지만 버스에 여러 개의 정보가 한 시점에 존재하게 된다면 그 정보들은 깨져서 의미를 알 수가 없습니다. 따라서 중간에서 버스를 중개하는 버스 중재기가 필요합니다. 버스 자체는 정보를 송수신할 수 있는 회선을 의미하지만 버스를 이용하여 전달되는 정보에는 주소, 데이터, 제어신호가 있으며 버스로는 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스가 물리적으로 구성됩니다. 이러한 주기억장치와 입출력장치의 버스에 연결되는 장치는 주장치와 종장치로 나누어집니다. 이때 주장치의 기능은 데이터 전달 회선의 사용권을 획득하고 실제로 데이터 전송에 필요한 제어를 하는 것이며, 종장치는 데이터 전달에 필요한 작업을 하는 장치입니다. 버스를 이용하여 서로 정보를 전달하는 장치의 종류에 따라 데이터, 주소, 제어신호의 비트 수는 각각 다릅니다. 또한 주기억장치에 연결된 버스의 경우에는 데이터 버스의 비트 수는 주기억장치 워드의 비트 수와 같고 입출력장치와 연결된 버스의 경우에는 데이터 버스의 비트 수가 1바이트입니다. 입출력장치와 주기억장치의 연결은 전송되는 데이터 비트 수가 다르므로 직접 연결할 수는 없고 앞서 설명해 드렸던 입출력 제어기를 사용하여 연결합니다. 이때 버스의 연결 형태는 주기억장치 버스와 입출력장치 버스를 구분하는 독립 입출력 버스와 버스를 공용으로 사용하는 공용 버스가 존재합니다. 그리고 주기억장치와 입출력장치 간에 데이터를 전송하려면 데이터가 전송되는 시점을 알리기 위해서 제어 신호가 교환되어야 합니다. 중앙처리장치와 입출력장치 간에 비동기적인 데이터 전송을 위한 제어신호 교환방법에는 스트로브 제어 방식과 핸드셰이킹 방식이 존재합니다. 먼저 스트로브 제어 방식은 데이터 전송시간을 맞추기 위하여 제어회선이 추가되며, 제어회선을 통해 송신 측이나 수신 측에 데이터를 전송할 때 제어신호를 보냅니다. 하지만 수신장치와 송신장치 중에서 누구에게 데이터를 받았는지 모른다는 단점이 존재합니다. 이에 반해 핸드셰이킹 방식은 스트로브 제어 방식의 단점을 보완한 방식으로 데이터의 전송을 제어하는 2개의 제어신호 선이 존재합니다. 지금까지 주기억장치와 입출력장치의 시스템 구성에 대해서 말씀드렸습니다.