[컴퓨터구조] 다양한 입출력 방법

세 가지 입출력 방식

1) 프로그램 입출력
: 프로그램 속 명령어로 입출력장치를 제어하는 방법 = 입출력 명령어로써 장치 컨트롤러와 상호작용함.
 
메모리에 저장된 정보를 하드 디스크에 백업 = 하드디스크에 새로운 정보 쓰기
즉, CPU가 장치 컨트롤러의 레지스터 값을 읽고 씀으로써 이루어진다.

 

 
Q) CPU가 많은 장치 컨트롤러들 중 원하는 장치 컨트롤러를 하나 찾고 또 그 안에 레지스터들 중에서 주소 정보를 가진 레지스터를 어떻게 알 수 있는걸까?

 
인식하는 방법(프로그램 입출력 방식): 메모리 맵 입출력 / 고립형 입출력
- 메모리 맵 입출력

- 고립형 입출력

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2) 인터럽트 기반 입출력
 

• 인터럽트: 이벤트가 발생할 때만 CPU가 작업을 처리하도록 하는 방식 (효율적, 실시간 응답성)
• 폴링: CPU가 주기적으로 장치나 조건을 확인하여 이벤트 발생 여부를 판단하는 방식 (단순, 비효율적일 수 있음)

 

현실적으로 모든 인터럽트를 순차적으로 처리할 수 없다. 인터럽트 중에서도 더 빨리 처리해야하는 인터럽트가 있다.

NMI는 발생하면 CPU에 다이렉트로 처리해달라는 요청을 함. 즉, 우선순위 판단 대상에 속하지 않음.

PIC는 여러개를 사용하는 경우가 많음. 윈도우의 특정메뉴에 들어가면 우선순위에 의한 인터럽트 처리를 직접적으로 확인가능함.

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3) DMA 입출력
 
Q) 프로그램 입출력, 인터럽트 기반 입출력의 공통점?
입출력장치와 메모리 간의 데이터 이동은 CPU가 주도하고, 이동하는 데이터도 반드시 CPU를 거친다.
즉, CPU는 넘 바쁨...

이때 DMA 컨트롤러는 필요한 경우 메모리에 직접 접근함. 이때 CPU는 다른 작업을 할 수 있음.

CPU는 입출력 작업의 시작과 끝만 관여함. 따라서 훨씬 효율적으로 CPU 자원을 활용함.

사이클 스틸링은 DMA 에서 사용되는 기법으로, CPU가 작업을 수행하는 동안 DMA가 간헐적으로 시스템 버스를 빌려 데이터를 전송하는 방식입니다. 이 기법은 CPU가 메모리와 장치 간의 데이터 전송을 직접 처리하지 않으므로 CPU의 부하를 줄여주고 , 효율적인 데이터 전송을 가능하게 합니다. 그러나 한 번에 전송하는 데이터 양이 적어 대량의 데이터 전송에는 적합하지 않습니다.

 
Q) 장치 컨트롤러가 시스템 버스에 직접 연결되어도 괜찮을까?