운영체제 Day8 (입출력장치)

장치 컨트롤러와 장치 드라이버

장치 컨트롤러

입출력장치는 앞서 학습한 CPU, 메모리보다 다루기가 더 까다롭다.

• 첫째, 입출력장치에는 종류가 너무나도 많다.

당야한 입출력장치와 정보를 주고받는 방식을 규격화하기가 어렵다.

• 둘째, 일반적으로 CPU와 메모리의 데이터 전송률은 높지만 입출력장치의 데이터 전송률은 낮다.

전송률이란 데이터를 얼마나 빨리 교환할 수 있는지를 나타내는 지표이다. 둘의 전송률의 차이는 CPU와 메모리, 입출력장치 간의 통신을 어렵게 한다.

이와 같은 이유로 입출력장치는 컴퓨터에 직접 연결되지 않고 장치 컨트롤러라는 하드웨어를 통해 연결된다.

• 장치컨트롤러
  • CPU와 입출력장치 간의 통신 중개
  • 오류 검출
  • 데이터 버퍼링

데이터버퍼링?
전송륭이 높은 장치와 낮은 장치 사이에 주고받는 데이터를 버퍼라는 임시 저장 공간에 저장하여 전송률을 비슷하게 맞추는 방법이다. '쉽게 말해 한번에 많이 받아 조금씩 내보내거나, 조금씩 받아 한꺼번에 내보내는 방법'

• 장치 컨트롤러 내부

데이터 레지스터는 CPU와 입출력장치 사이에 주고받을 데이터가 담기는 레지스터 이다. 버터 역할을 한다.

상태 레지스터에는 입출력장치가 입출력 작업을 할 준비가 되었는지, 입출력 작업이 완료되었는지, 입출력장치에는 오류는 없는지 등의 상태 정보가 저장된다.

제어 레지스터에는 입출력장치가 수행할 내용에 대한 제어 정보와 명령을 저장한다.

장치 드라이버

장치 컨트롤러의 동작을 감지하고 제어함으로써 장치 컨트롤러가 컴퓨터 내부와 정보를 주고받을 수 있게 하는 프로그램이다. 입출력장치를 연결하기 위한 소프트웨어적인 통로이다.

다양한 입출력 방법

프로그램 입출력

기본적으로 프로그램 속 명령어로 입출력장치를 제어하는 방법이다. CPU가 프로그램 속 명령어를 실행하는 과정에서 명령어를 만나면 CPU는 입출력장치에 연결된 장치 컨틀로러와 상호작용하며 입출력 작업을 수행한다.

메모리 맵 입출력

메모리에 접근하기 위한 주소 공간과 입출력장치에 접근하기 위한 주소 공간을 하나의 주소 공간으로 간주하는 방법이다.

고립형 입출력

메모리를 위한 주소 공간과 입출력장치를 위한 주소 공간을 분리하는 방법이다.

인터럽트 기반 입출력

장치 컨트롤러가 입출력 작업을 끝낸 뒤 CPU에게 인터럽트 요청 신호를 보내면 CPU는 하던 일을 잠시 백업하고 인터럽트 서비스 루틴을 실행한다.

DMA 입출력

CPU를 거치지 않고 상호작용 할 수 있는 방식. 시스템 버스에 연결된 DMA 컨트롤러가 필요하다.

시스템 버스의 효율을 높이기 위해 입출력버스라는 별도의 버스에 연결하기도 한다.

출처: 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제, 강민철 지음