컴퓨터구조 - 시스템의 구성

시스템의 구성

 

 CPU와 기억장치의 접속

- 시스템버스

•   CPU와 다른 요소들 사이에 정보를 교환하는 통로

시스템버스 구성

• 데이터 버스
• 주소 버스
• 제어 버스

주소버스

- CPU가 외부로 발생하는 주소 정보를 전송하는 신호 선

- '주소 선의 수는 CPU와 접속될 수 있는 최대 기억장치 용량'을 결정

  ex) 비트 수 = 16 --> 2^16 = 64K개 기억 장소들 사용가능

 

데이터 버스

 - CPU--> 기억장치, CPU--> I/O 장치 간의 신호 선

 - 데이터 선의 수는 CPU가 '한 번에 전송할 수 있는 비트 수'를 결정

  ex) 데이터 선 32비트 --> 한 번에 32비트씩 전송가능

 

제어 버스

- CPU가 각종 요소들을 제어하기 위한 신호 선

 

주소버스	데이터 버스	제어 버스
단뱡향	양방향	양방향

 

CPU와 기억장치는 주소 버스와 데이터 버스가 사용되고, CPU는 기억장치에 쓰기 신호와 읽기 신호를 준다.

CPU는 모든 일이 일어나기 전에 명령하는 역할과 같다.

 

CPU의 데이터 쓰기	CPU의 데이터 읽기
데이터 버스	주소 버스

 

데이터를 읽기 위해서는 그 데이터의 '주소'를 통해서 읽는다.

자세히 살펴보면 이렇다.

• CPU --> 기억장치 주소를 버스 통하여 보냄.  후 읽기 신호 활성화
• 일정 시간 경과 후 읽혀진 데이터는 데이터 버스에 실리고 그 데이터를 버스 인터페이스 회로를 통하여 읽음

기억장치 쓰기 동작의 시간 흐름은 보통 주소와 데이터를 줌과 동시에 쓰기 신호를 준다고 한다. 하지만 실제적으로 쓰기신호는 어느정도 주소를 받고나서 시간이 지나고 받는다.

 

기억장치 읽기 동작의 시간 흐름은 주소를 먼저 받고, 읽혀진 데이터가 버스 인터페이스 회로를 통하여 읽기 때문에 데이터 버스에서의 데이터는 신호선에 가장 늦게 진입한다.

 

CPU와 I/O장치의 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/O장치 제어기 <->I/O장치

 

I/O장치에 다루기 전에 먼저 I/O 장치 제어기를 알아 봐야 한다.

I/O장치는 실제적으로 제어기를 통해서 작동되기 때문에 이 장치의 역할은 필연적이다.

 

I/O 장치 제어기

 

   기능

• CPU 로부터 명령 받고 제어함. 

   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 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터

레지스터란? 임시적으로 데이터를 저장하는 공간 --> 이건 RAM이 아닌가? 싶겠지만 실제로 RAM뿐만 아니라 

하드디스크에 데이터를 영구적으로 저장하는 등의 역할은 CPU 옆에 붙어있는 이 레지스터의 역할이다. 또한 

이 레지스터는 공간은 작지만 CPU옆에 있기 때문에 엄청난 연산속도를 가지고 있다.

 

키보드의 데이터 입력 과정

--> 사용자가 키를 누른다 -> 그 키에 대응되는 아스키 코드가 데이터 레지스터에 저장과 동시에 상태 레지스터에

In_RDY 비트가 1로 세트(이 과정은 데이터가 들어 있다라는 표시) ->CPU는 상태 레지스터를 읽고 1이면 데이터 레지

스터를 읽고 0이면 다시 상태 레지스터를 읽는다.->이를 반복함.

 

프린터의 데이터 출력 과정

--> CPU가 프린터 제이기의 상태 레지스터를 확인 -> Out_RDY 비트가 1이라면 프린트할 데이터를 프린터 제어기의 데이터 레지스터에 저장 -> 이때 프린터 제어기가 데이터 레지스터의 내용을 프린터로 보냄 -> 프린터의 하드웨어를

제어하면서 인쇄 수행.

 

CPU와 보조저장장치의 접속

 

- 보조저장장치 : 디스크, 플래시 메모리, SSD, CD-ROM 등

- 이 장치들도 키보드나 프린터와 유사한 방법으로 접속한다. 단 키보드는 바이트 단위로 전송하고, 보조저장장치는 블록(512/1024/4096 바이트) 단위로 전송한다. 때문에 제어기 내에 한 블록 이상을 임시 저장할 수 있는 기억장치가 필요하다.

 

정리 :

1) 제어기는 데이터 버스와 양방향이 되어야 한다. 왜? 데이터를 주고 받아야 하기 때문에.  

2) 주기억장치는 주소버스만 CPU로부터 단방향으로 받고 데이터버스와 제어 버스는 양방향으로 받는다.

3) 모든 장치들은 주소버스를 받는다. 

4) 제어버스는 제어받는 것이기 때문에 단방향으로 받는다.