1번. 각종 I/O 장치들은 (a)______를 통해 CPU 혹은 주기억장치와 정보를 교환한다. (a)______와 I/O 장치를 연결해주는 인터페이스 역할을 (b)______가 수행한다.
2번. CPU가 I/O 장치를 직접 접속하여 제어하지 못하는 이유가 아닌 것은? [기본문제 7.8]
가. I/O 장치마다 제어 방식이 서로 다르다.
나. I/O 장치마다 데이터 전송 속도가 시스템 버스의 속도보다 더 느리다.
다. I/O 장치의 데이터 형식이 다양하다.
라. 공급되는 전원이 다르기 때문이다.
3번. 다음 중에서 I/O 제어기의 구성 요소가 아닌 것은? [기본문제 7.9]
가. 데이터 레지스터
나. 산술논리연산장치
다. 상태 레지스터
라. 장치 제어회로
📄 답지
1번. 각종 I/O 장치들은 (a) 시스템 버스를 통해 CPU 혹은 주기억장치와 정보를 교환한다. (a) 시스템 버스와 I/O 장치를 연결해주는 인터페이스 역할을 (b) I/O 제어기 (I/O controller)가 수행한다.
2번. CPU가 I/O 장치를 직접 접속하여 제어하지 못하는 이유가 아닌 것은? [기본문제 7.8]
가. I/O 장치마다 제어 방식이 서로 다르다.
나. I/O 장치마다 데이터 전송 속도가 시스템 버스의 속도보다 더 느리다.
다. I/O 장치의 데이터 형식이 다양하다.
라. 공급되는 전원이 다르기 때문이다.
위와 같은 이유들로 I/O 장치는 시스템 버스에 직접 접속되지 못한다. 이 때 시스템 버스와 I/O 장치를 연결해주는 인터페이스 역할을 I/O 제어기(I/O contoller)가 수행한다.
3번. 다음 중에서 I/O 제어기의 구성 요소가 아닌 것은? [기본문제 7.9]
가. 데이터 레지스터
나. 산술논리연산장치
다. 상태 레지스터
라. 장치 제어회로
Programmed I/O방식이란 CPU가 I/O장치 상태를 반복적으로 검사하면서 동작을 처리하는 동작을 뜻합니다. 이 방식은 입출력 여부를 CPU가 반복적으로 확인하고, 전체 입출력이 완료되기 전까지 다른 작업을 할 수 없는 단점을 갖고 있습니다.
이 방식에서 사용되는 I/O장치의 주소지정방식에는 두 가지가 있는데요. 각각,
-
M____I/O -
I____-I/O
라고 합니다.
빈칸과 질문에 대한 답을 작성해주세요.
1번그림
-
I/O제어기 내의 레지스터들(
___ 레지스터__/__레지스터) 에게 주소영역을 할당하는_________주소지정 방식이다. -
메인메모리에 대한 명령어, 즉 어셈블리어를 I/O장치에 대해서
따로 / 같이쓰기 때문에 프로그래밍이용이 / 불편하다. -
기억장치 주소 영역을 거의
__비율에 가깝도록 메인메모리와 나누어 사용해 주소공간이 줄어든다는 단점이 존재한다.
2번그림
O / X 문제
-
I/O장치에 별도로 주소영역을 지정하는 isolated-I/O 이다.
O / X -
분리된 메모리영역사용으로 기억 장치 주소공간을 효율적으로 사용가능하지만, I/O에 접근하기 위해서 별도의 명령어를 사용해야한다.
O / X
쿠키 타임
📄 답지
Programmed I/O방식이란 CPU가 I/O장치 상태를 반복적으로 검사하면서 동작을 처리하는 동작을 뜻합니다. 이 방식은 입출력 여부를 CPU가 반복적으로 확인하고, 전체 입출력이 완료되기 전까지 다른 작업을 할 수 없는 단점을 갖고 있습니다.
이 방식에서 사용되는 I/O장치의 주소지정방식에는 두 가지가 있는데요. 각각,
-
memory-mapped-I/O -
Isolated-I/O
라고 합니다.
빈칸과 질문에 대한 답을 작성해주세요.
1번그림
-
I/O제어기 내의 레지스터들(
데이터 레지스터상태/제어레지스터) 에게 주소영역을 할당하는memory-mapped io주소지정 방식이다. -
메인메모리에 대한 명령어, 즉 어셈블리어를 I/O장치에 대해서
따로 / |같이|쓰기 때문에 프로그래밍이|용이| / 불편하다. -
기억장치 주소 영역을 거의 `절반``비율에 가깝도록 메인메모리와 나누어 사용해 주소공간이 줄어든다는 단점이 존재한다.
2번그림
O / X 문제
-
I/O장치에 별도로 주소영역을 지정하는 isolated-I/O 이다.
|O| / X -
분리된 메모리영역사용으로 기억 장치 주소공간을 효율적으로 사용가능하지만, I/O에 접근하기 위해서 별도의 명령어를 사용해야한다.
|O| / X
[문제1] '인터럽트를 이용한 I/O' 방식의 장점과 단점을 간단히 적어주세요.
장점 :
단점 :
[문제2] 인터럽트를 처리하기 위한 다음 방법들에 대하여 알맞은 설명을 짝지어 주세요.
(a) 다중 인터럽트(multiple interrupt) 방식
(b) 데이지-체인(daisy-chain) 방식
(c) 소프트웨어 폴링(software polling) 방식
- 하드웨어가 가장 간단한 방식은 어떤 것인가요?
- 우선순위를 쉽게 변경할 수 있는 방식은 어떤 것인가요?
- 처리 속도가 가장 빠른 것은 어떤 방식인가요?
[문제3] 데이지-체인 방식으로 터럽트를 요구한 장치를 찾아내는 방법에 관한 설명으로 잘못된 것은 다음 중 어느 것인가요?
가. 모든 장치들이 직렬로 연결된다.
나. 장치들의 우선순위가 고정된다.
다. 접속할 수 있는 장치의 수가 CPU의 인터럽트 입력 핀의 수에 의해 제한된다.
라. 인터럽트 벡터를 이용하여 장치의 ID를 CPU로 알려준다.
[문제4] 소프트웨어 폴링 방식으로 이용한 인터럽트-구동 I/O의 단점은 다음 중 어느 것인가요?
가. 처리 시간이 오래 걸린다.
나. 하드웨어가 복잡하다.
다. 우선순위가 고정된다.
라. 연결될 수 있는 장치의 수가 제한된다.
📄 답지
다중 인터럽트(multiple interrupt) 방식
: CPU에 I/O 컨트롤러들이 각각 연결(병렬 구현)되어 있다. 인터럽트를 누가 발생시켰는지 자동으로 알게 된다.
하드웨어가 복잡하다. I/O장치들의 수가 CPU의 인터럽트 요구 입력 핀의 수에 의해 제한된다.
데이지-체인(daisy-chain) 방식
: 직렬 구현 방식 인터럽트를 요구한 I/O 장치는 CPU가 인터럽트를 받았다고 응답하는 INT A신호가 오는 즉시 인터럽트 벡터(interrupt vector, 고유 식별 (ID) 번호, 인터럽트 서비스 루틴의 시작 주소)를 CPU로 보낸다. 만약 인터럽트를 요구하지 않았다면 확인 신호를 다음 I/O 장치로 통과시킨다.
신호 선이 적어서 하드웨어가 간단하다. 하지만 우선순위가 낮은 장치들이 매우 오랫동안 기다릴 수 있다.
소프트웨어 폴링(software polling) 방식
: CPU가 TEST I/O선을 이용해서 누가 인터럽트를 요구했는지 I/O장치를 일일히 검사하는 방식이다.
소프트웨어를 이용하고, 일일히 검사하기 때문에 처리 시간이 다소 오래 걸린다. 우선순위 변경이 용이하다.
[문제1] '인터럽트를 이용한 I/O' 방식의 장점과 단점을 간단히 적어주세요.
장점 : CPU는 인터럽트가 발생할 때만 Status Bit를 검사하므로 남은 시간에 다른 일을 할 수 있다.
단점 : 여전히 데이터 이동에 CPU가 개입해야 하고, 이동되는 데이터들이 CPU를 거쳐야 하는 문제점이 있어 DMA를 이용한 I/O 방식이 사용된다.
[문제2] 인터럽트를 처리하기 위한 다음 방법들에 대하여 알맞은 설명을 짝지어 주세요.
(a) 다중 인터럽트(multiple interrupt) 방식
(b) 데이지-체인(daisy-chain) 방식
(c) 소프트웨어 폴링(software polling) 방식
- 하드웨어가 가장 간단한 방식은 어떤 것인가요?
- 우선순위를 쉽게 변경할 수 있는 방식은 어떤 것인가요?
- 처리 속도가 가장 빠른 것은 어떤 방식인가요?
- 하드웨어가 가장 간단한 방식은 어떤 것인가요?
=> (b) 데이지-체인(daisy-chain) 방식- 우선순위를 쉽게 변경할 수 있는 방식은 어떤 것인가요?
=> (c) 소프트웨어 폴링(software polling) 방식- 처리 속도가 가장 빠른 것은 어떤 방식인가요?
=> (a) 다중 인터럽트(multiple interrupt) 방식
[문제3] 데이지-체인 방식으로 터럽트를 요구한 장치를 찾아내는 방법에 관한 설명으로 잘못된 것은 다음 중 어느 것인가요?
가. 모든 장치들이 직렬로 연결된다.
나. 장치들의 우선순위가 고정된다.
다. 접속할 수 있는 장치의 수가 CPU의 인터럽트 입력 핀의 수에 의해 제한된다.
라. 인터럽트 벡터를 이용하여 장치의 ID를 CPU로 알려준다.
다. 접속할 수 있는 장치의 수가 CPU의 인터럽트 입력 핀의 수에 의해 제한된다.
다중 인터럽트 방식에 대한 설명이다.
[문제4] 소프트웨어 폴링 방식으로 이용한 인터럽트-구동 I/O의 단점은 다음 중 어느 것인가요?
가. 처리 시간이 오래 걸린다.
나. 하드웨어가 복잡하다.
다. 우선순위가 고정된다.
라. 연결될 수 있는 장치의 수가 제한된다.
가. 처리 시간이 오래 걸린다.
- DMA를 이용한 I/O는 인터럽트-구동 I/O 방식과, 프로그램을 이용한 I/O방식 보다 더 효율적이라고 볼 수 없다. (O / X)
- 큰 데이터 블록을 전송하는 경우에는 CPU가 그 동작을 수행하는데 많은 시간을 소모해야 하며, 시스템 버스도 대부분의 시간 동안 그러한 I/O 동작들을 위해 사용될 수 밖에 없기 때문에 이러한 문제를 해결하기 위하여 (a)가 널리 사용되고 있다
- (a)란 CPU의 개입 없이 I/O 장치와 기억장치 사이에 데이터 전송을 수행하는 메커니즘을 말한다.
- (a) 방식을 사용하기 위해서는 시스템 버스에 (b)가 추가되어야 한다. (b)란 CPU 개입 없이 I/O 장치와 기억장치 간의 데이터 전송을 수행하는 (a) 동작을 지원하는 하드웨어 모듈이다.
- (b)는 가능한 한 CPU의 정상적인 동작을 방해하지 않으면서 시스템 버스를 사용하는데 이를 지칭하는 용어를 (c)라고 한다
- 주기억장치 내의 어떤 데이터블록을 디스크에 저장하기 위한 DMA 제어기 작동 방식은 아래와 같다.
- CPU가 DMA 제어기에게 명령을 보낸다.
- DMA 제어기는 CPU로 BUS REQ 신호를 보낸다.
- CPU가 DMA 제어기로 BUS GRANT 신호를 보낸다.
- DMA 제어기가 버스를 사용하여 주기억장치로부터 데이터를 읽어서 디스크 제어기로 보낸다. (디스크에 저장)
- 저장할 데이터가 남아 있다면 2~4번 까지 반복한다.
- 모든 데이터들의 저장이 완료되면 CPU로 INTR 신호를 보낸다.
- 하나의 DMA 제어기에 직접 연결할 수 있는 I/O 제어기의 수가 제한되어있기 때문에 아래와 같이 구성되어 있다.
- DMA 제어기의 한계를 극복하기 위하여 사용하는 방식은 어느 것인가?
- I/O 프로세서
- 다중 인터럽트
- 프로그램을 이용한 I/O
- 멀티플렉싱
📄 답지
- DMA를 이용한 I/O는 인터럽트-구동 I/O 방식과, 프로그램을 이용한 I/O방식 보다 더 효율적이라고 볼 순 없다. (O / X)
- (X) 효율적이다. 왜냐하면 인터럽트와 프로그램을 이용한 I/O 방식은 CPU가 직접 개입해야하기 때문이다. ####[문제1]
- 큰 데이터 블록을 전송하는 경우에는 CPU가 그 동작을 수행하는데 많은 시간을 소모해야 하며, 시스템 버스도 대부분의 시간 동안 그러한 I/O 동작들을 위해 사용될 수 밖에 없기 때문에 이러한 문제를 해결하기 위하여 (a. 직접기억장치액세스(Direct Memory Access: DMA)가 널리 사용되고 있다
- (a. DMA)란 CPU의 개입 없이 I/O 장치와 기억장치 사이에 데이터 전송을 수행하는 메커니즘을 말한다.
- (a. DMA) 방식을 사용하기 위해서는 시스템 버스에 (b. DMA 제어기)가 추가되어야 한다. (b. DMA 제어기)란 CPU 개입 없이 I/O 장치와 기억장치 간의 데이터 전송을 수행하는 (a. DMA) 동작을 지원하는 하드웨어 모듈이다.
- (b. DMA 제어기)는 가능한 한 CPU의 정상적인 동작을 방해하지 않으면서 시스템 버스를 사용하는데 이를 지칭하는 용어를 (c. 사이클 스털링(cycle stealing) : CPU가 시스템 버스를 사용하지 않는 동안에 DMA 제어기가 버스를 사용함)라고 한다
- 주기억장치 내의 어떤 데이터블록을 디스크에 저장하기 위한 DMA 제어기 작동 방식은 아래와 같다.
- CPU가 DMA 제어기에게 명령을 보낸다.
- DMA 제어기는 CPU로 BUS REQ 신호를 보낸다.
- CPU가 DMA 제어기로 BUS GRANT 신호를 보낸다.
- DMA 제어기가 버스를 사용하여 주기억장치로부터 데이터를 읽어서 디스크 제어기로 보낸다. (디스크에 저장)
- 저장할 데이터가 남아 있다면 2~4번 까지 반복한다.
- 모든 데이터들의 저장이 완료되면 CPU로 INTR 신호를 보낸다.
- 하나의 DMA 제어기에 직접 연결할 수 있는 I/O 제어기의 수가 제한되어있기 때문에 아래와 같이 구성되어 있다.
- DMA 제어기의 한계를 극복하기 위하여 사용하는 방식은 어느 것인가?
- I/O 프로세서
- 다중 인터럽트
- 프로그램을 이용한 I/O
- 멀티플렉싱
- 정답 : 1. I/O 프로세서
- DMA 제어기의 한계는 데이터 전송에 문제가 있었다. I/O 장치들은 종류가 다양한 만큼 각각의 속도와, 제어 방법도 다양했다. 따라서 간단한 구조인 DMA 제어기로 지원하는 데는 한계가 있었다.
- 또한 디스크 쓰기 or 읽기 동작의 경우 데이터 블록의 크기가 512바이트 이상이었기 때문에 그 데이터들의 더 큰 임시 버퍼 공간이 필요했다. 따라서 이를 해결하기 위해 DMA 제어기를 확장시킨 I/O 프로세서(IOP)를 사용하고 있다. 이는 I/O 채널 이라고도 부른다.
