[ 컴퓨터구조 ] 1.3 시스템의 구성

[ CPU와 기억장치의 접속]

▣ 시스템 버스 (system bus)

▪ CPU와 시스템 내의 다른 요소들 사이에 정보를 교환하는 통로 (lines)

▪ 기본 구성
➢주소 버스(address bus) 

➢데이터 버스(data bus) 

➢제어 버스(control bus)

 

▣ 주소 버스 (address bus)

▪ CPU가 외부로 발생하는 주소 정보를 전송하는 신호 선들의 집합

▪ 주소 선의 수는 CPU와 접속될 수 있는 최대 기억장치 용량을 결정 

➢[예] 주소 버스의 비트 수 = 16 비트라면, 최대216 =64K개의기억장소들의주소지정가능

▪ 단방향성(unidirectional)

▪ 주소는 CPU로부터 기억장치 혹은 I/O 장치들로 보내지는 정보

 

▣ 데이터 버스 (data bus)
▪ CPU가 기억장치 혹은 I/O 장치와의 사이에 데이터를 전송하기 위한 신호 선들의 집합
▪ 데이터 선의 수는 CPU가 한 번에 전송할 수 있는 비트 수를 결정

➢[예]데이터버스폭=32비트라면, CPU와기억장치간의데이터전송 은 한 번에 32 비트씩 가능

▪ 양방향성(bidirectional) 

▪읽기와 쓰기 동작을 모두 지원

 

▣ 제어 버스 (control bus)

▪CPU가 시스템 내의 각종 요소들의 동작을 제어하기 위한 신호 선들 의 집합

[예]
➢기억장치 읽기/쓰기(Memory Read/Write) 신호 

➢I/O 읽기/쓰기(I/O Read/Write) 신호 

➢인터럽트(Interrupt) 신호
➢버스 제어(Bus Control) 신호

▪ 양방향성(bidirectional) 

▪읽기와 쓰기 동작을 모두 지원

▣ 필요한 버스 및 제어신호 

▪ 주소 버스

▪ 데이터 버스 

▪ 제어 신호

➢기억장치 읽기(memory read) 신호, 기억장치 쓰기(memory write) 신호

▣ 기억장치 쓰기 동작
▪ CPU가 데이터를 저장할 기억 장소의 주소와 저장할 데이터를 각각 주소 버스와 데이터 버스를 통하여 보내는 동시에, 쓰기 신호를 활성화

▣ 기억장치 쓰기 시간 (memory write time)
▪ CPU가 주소와 데이터를 보낸 순간부터 저장이 완료될 때까지의 시간

▣ 기억장치 읽기 동작

▪ CPU가 기억장치 주소를 주소 버스를 통하여 보내는 동시에, 읽기 신호를 활성화

▪ 일정 지연 시간이 경과한 후에 기억장치로부터 읽혀진 데이터가 데이 터 버스 상에 실리고, CPU는 그 데이터를 버스 인터페이스 회로를 통 하여 읽음

▣ 기억장치 읽기 시간 (memory read time)

▪ 주소를 발생한 시간부터 기억장치의 데이터가 CPU에 도착할 때까지 의 시간

[ CPU와 I/O 장치의 접속 ]

▣ 필요한 버스 및 제어 신호 

▪ 주소 버스

▪ 데이터 버스
▪ 제어 신호: I/O 읽기 신호, I/O 쓰기 신호

 

▣ 접속 경로
▪ CPU ↔ 시스템 버스 ↔ I/O 장치 제어기 ↔ I/O 장치

I/O 장치 접속 사례: CPU-키보드&프린터

[ I/O 장치 제어기 (I/O device controller) ]

▣ 기능
▪ CPU로부터 I/O 명령을 받아서, 해당 I/O 장치를 제어하고, 데이터를 이동함으로써 명령을 수행하는 전자회로 장

➢예: 키보드 제어기, 프린터 제어기, 등

▣ 상태 레지스터
▪ I/O 장치의 현재 상태를 나타내는 비트들을 저장한 레지스터

▪ 준비 상태(RDY) 비트, 데이터 전송확인(ACK) 비트, 등

▣ 데이터 레지스터

▪ CPU와 I/O 장치 간에 이동되는 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스 터

[ 키보드의 데이터 입력 과정 ]

▣ 키보드 제어기

▪ 키보드의 어떤 한 키(key)를 누르면, 그 키에 대응되는 ASCII 코드가 키보드 제어 기의 데이터 레지스터에 저장되고, 동시에 상태 레지스터의 In_RDY 비트가 1로 세트

▣ CPU

1 키보드 제어기로부터 상태 레지스터의 내 용을 읽어서 In_RDY 비트가 세트 되었는지 검사(In_RDY 비트는 데이터 레지스터에 외 부로부터 데이터가 적재되었는지를 표시)

2 만약 세트 되지 않았으면, 1번을 반복하며 대기. 만약 세트 되었다면, 데이터 레지스터 의 내용을 읽음

[ 프린터의 데이터 출력 과정 ]

▣ CPU

1. 프린터 제어기의 상태 레지스터의 내용을 읽어서 Out_RDY 비트 검사(Out_RDY 비트: 프린터가 출력할 준비가 되었는지를 표시)

2. 만약 세트 되지 않았으면, 1 번을 반복하며 대기
만약 세트 되었다면, 프린트할 데이터를 프린터 제어기의 데이터 레지스터에 저장(데이터 블록 전체를 제어기 내의 데이터 기억장치에 저장하는 것도 가능: spooling)

▣ 프린터 제어기
1. 데이터 레지스터(혹은 데이터 기억장치)의 내용을 프린터로 보내고,

2. 프린터의 하드웨어를 제어하면서 인쇄 동작 수행

 

[ CPU와 보조저장장치의 접속 ]

▣ 보조저장장치들(디스크, 플래시 메모리, SSD, CD-ROM 등) 도 각 장치를 위한 제어기를 통하여 키보드나 프린터와 유사 한 방법으로 접속

▣ 차이점: 데이터 전송 단위

▪ 키보드: 바이트 단위 전송

▪ 보조저장장치: 블록(512바이트) 혹은 페이지(2K, 4K 바이트) 단위로 전송

→제어기내에 한블록이상을임시저장할수있는데이터기억장치(버 퍼) 필요

[ 컴퓨터 시스템의 전체 구성 ]

[ 컴퓨터의 기본적인 기능들 ]

▣ 프로그램 실행: CPU가 주기억장치로부터 프로그램 코드를 읽어 서 실행

▣ 데이터 저장: 프로그램 실행 결과로서 얻어진 데이터를 주기억장 치에 저장

▣ 데이터 이동: 디스크 혹은 SSD에 저장되어 있는 프로그램과 데이 터 블록을 기억장치로 이동

▣ 데이터 입력/출력: 사용자가 키보드를 통하여 보내는 명령이나 데이터를 읽어 들인다. 또한 CPU가 처리한 결과값이나 기억장치 의 내용을 프린터(혹은 모니터)로 출력

▣ 제어: 프로그램이 순서대로 실행되도록 또는 필요에 따라 실행 순서를 변경하도록 조정하며, 각종 제어 신호들을 발생