혼공 컴퓨터구조 + 운영체제 8. 입출력장치

1. 장치 컨트롤러와 장치 드라이버

 

우리가 실제로 사용하는 컴퓨터를 생각해보면 CPU와 메모리만 있지 않다.

스피커, 모니터, 키보드, 마우스 등과 같은 입출력 장치와 외장 하드 디스크나 USB메모리 등 보조기억장치가 함께 한다.

 

이번 절에서는 장치 컨트롤러와 장치 드라이버 개념을 통해 다양한 외부 장치가

ㅓ

컴퓨터 내부와 어떻게 소통하는지 알아보자.

 

(이번 장에서 언급될 입출력 장치는 7장의 보조기억장치도 포함된다. 보조기억장치가 컴퓨터 내부와 정보를 주고받는 방식은 입출력장치와 크게 다르지 않다)

 

장치 컨트롤러

 

입출력장치는 앞에서 학습한 CPU, 메모리보다 다루기 훨씬 까다롭다.

 

1) 입출력 장치에는 종류가 너무 많다

 

스피커, 모니터, 키보드, 마우스, USB메모리, CD-ROM, SSD, 프린터, 마이크 등 매우 많다.

 

이렇게 장치가 다양하면 장치마다 속도, 데이터, 전송 형식도 다양하는 것을 의미한다.

따라서 다양한 입출력 장치와 정보를 주고받는 방식을 규격화하기 어렵다.

마치 CPU와 메모리는 한국어를 사용하는데, 프린터는 영어, 스피커는 일보너, 모니터는 중국어를 사용하는 상황과 비슷하다

 

 

2) 일반적으로 CPU와 메모리의 데이터 전송률은 높지만 입출력장치의 데이터 전송률은 낮다.

 

전송률(transfer rate)이란 데이터를 얼마나 빨리 교환할 수 있는 지를 나타내는 지표이다.

CPU와 메모리처럼 전송률이 높은 장치는 1초에도 수많은 데이터를 주고받을 수 있지만, 키보드나 마우스와 같이 상대적으로 전송률이 낮은 장치는 같은 시간 동안 데이터를 조금씩만 주고받을 수 있다.

 

1초에 1,000마디 내뱉는 사람과 1초에 한 마디 내뱉는 사람끼리 제대로 대화하기란 어렵겠죠?

전송률의 차이는 CPU와 메모리, 입출력 장치간 통신을 어렵게 한다.

물론 특정 입출력 장치는 CPU나 메모리보다 전송률이 높은 경우도 있다. 하지만 결과적으로 CPU나 메모리와 전송률이 비슷하지 않기 때문에 비슷한 어려움을 겪는다.

 

이러한 이유로 입출력 장치는 컴퓨터에 직접 연결되지 않고 장치 컨트롤러(device controller)라는 하드웨어를 통해 연결된다.

장치 컨트롤러는 입출력 제어기(I/O Controller), 입출력 모듈(I/O module)등으로 다양하게 불리기도 한다

(이 책에서는 장치 컨트롤러라는 용어로 사용된다.)

 

모든 입출력 장치는 각자의 장치 컨트롤러를 통해 컴퓨터 내부와 정보를 주고 받고, 장치 컨트롤러라는 하나 이상의 입출력 장치와 연결되어 있다. 

 

 

▶ 장치 컨트롤러의 역할

 

• CPU와 입출력 장치간의 통신 중개
• 오류 검출
• 데이터 버퍼링

입출력장치 종류가 다양해서 정보 규격화가 어려웠던 문제를 장치 컨트롤러가 번역가 역할을 함으로써 해결한다.

그 과정에서 장치 컨트롤러는 자신과 연결된 입출력장치에 문제가 없는지 오류를 검출하기도 한다.

 

그렇다면 3번째 기능인 데이터 버퍼링이란 무엇일까?

 

버퍼링(buffering)이란 전송률이 높은 장치와 낮은 장치 사이에 주고받는 데이터를 버퍼(buffer)라는 임시 공간에 저장하여 전송률을 비슷하게 맞추는 방법이다.

 

쉽게 말해 버퍼링은 '버퍼에 데이터를 조금씩 모았다가 한꺼번에 내보내거나, 데이터를 한 번에 많이 받아 조금씩 내보내는 방법'이라고 보면 된다. 즉, 장치 컨트롤러는 일반적으로 전송률이 높은 CPU와 일반적으로 전송률이 낮은 입출력 장치와의 전송률 차이를 데이터 버퍼링으로 완화한다.

 

 

 

▶ 장치 컨트롤러의 간략화된 내부 구조

 

중요한 것은 데이터 레지스터, 상태 레지스터, 제어 레지스터 3가지이다.

 

※ 상태 레지스터와 제어 레지스터는 하나의 레지스터(상태/제어 레지스터)로 사용되기도 하지만, 이 책에서는 혼란을 방지하기 위해 분리해서 표현한다.

 

• 데이터 레지스터 : CPU와 입출력 장치 사이에 주고받을 데이터가 담기는 레지스터
  • 데이터 버퍼링으로 전송률 차이를 완화하는 버퍼 역할
  • 최근 주고받는 데이터가 많은 입출력장치에서는 레지스터 대신 RAM을 사용하기도 함
• 상태 레지스터 : 입출력장치가 입출력 작업을 할 준비가 되었는지, 입출력 작업이 완료되었는지, 오류는 없는지 상태 정보 저장

• 제어 레지스터 : 입출력 장치가 수행할 내용에 대한 제어 정보와 명령 저장

 

이 레지스터들에 담긴 값들은 버스를 타고 CPU나 다른 입출력 장치로 전달되기도 하고, 장치 컨트롤러에 연결된 입출력 장치로 전달된다.

 

장치 드라이버

 

새로운 장치를 컴퓨터에 연결하려면 장치 드라이버를 설치해야 한다.

 

장치 드라이버(device driver)란 장지 컨트롤러의 동작을 감지하고 제어함으로써 장치 컨트롤러가 컴퓨터 내부와 정보를 주고받을 수 있게 하는 프로그램이다.

 

당연히 프로그램이라서 실행 과정에서 메모리에 저장된다. 

• 장치 컨트롤러가 입출력 장치를 연결하기 위한 하드웨어적 통로라면,
• 장지 트라이버는 입출력 장치를 연결하기 위한 소프트웨어적인 통로이다.

 

컴퓨터가 연결된 장치의 드라이버를 인식하고 실행할 수 있다면 그 장치는 어떤 회사에서 만들어진 제품이든,

생김새가 어떻든 상관없이 컴퓨터 내부와 정보를 주고 받을 수 있다.

 

반대로 장치 드라이버를 인식하거나 실행할 수 없다면 그 장치는 컴퓨터 내부와 정보를 주고 받을 수 없다.

 

▶ 장치 드라이버를 인식하고 실행하는 주체

 

윈도우, macOS 와 같은 운영체제가 장치 드라이버를 인식할 수 있다면 그 장치는 컴퓨터 내부와 정보를 주고 받을 수 있다.

 

운영체제가 기본으로 제공하는 것도 있지만, 장치 제작자가 따로 제공하기도 한다.

(ex. 프린터 장치 드라이버 프로그램 설치하는 경우)

장치 드라이버가 설치되어 있지 않다면 해당 입출력 장치를 사용할 수 없다.

 

 

 

2. 다양한 입출력 방법

 

입출력 작업을 수행하려면 CPU와 장치 컨트롤러가 정보를 주고 받아야 한다.

그러면 장치 컨트롤러는 CPU와 어떻게 정보를 주고 받을까?

 

• 프로그램 입출력
• 인터럽트 기반 입출력
• DMA 입출력

 

프로그램 입출력

 

프로그램 입출력(programmed I/O) : 프로그램 속 명령어로 입출력 장치를 제어하는 방법

 

CPU가 프로그램 속 명령어를 실행하는 과정에서 입출력 명령어를 만나면 CPU는 입출력 장치에 연결된 장치 컨트롤러와 상호작용하며 입출력 작업을 수행한다.

 

메모리에 저장된 정보를 하드 디스크에 백업하는 상황을 생각해보자.

CPU는 대략 아래 과정으로 입출력 작업을 한다.

 

1. 메모리에 저장된 정보를 하드 디스크에 백업한다 = 하드 디스크에 새로운 정보를 쓴다

 

우선CPU는 하드 디스크 컨트롤러의 제어 레지스터에 쓰기 명령을 보낸다

 

2. 하드 디스크 컨트롤러는 하드 디스크 상태를 확인한다.

 

하드 디스크가 준비된 상태라면 하드 디스크 컨트롤러를 상태 레지스터에 준비되었다고 표시한다.

 

3. 상태를 확인하고 백업할 메모리 정보를 데이터 레지스터에 쓴다.

 

1) CPU는 상태 레지스터를 주기적으로 읽어보며 하드 디스크의 준비 여부를 확인한다

2) 하드 디스크가 준비됐음을 CPU가 알게되면 백업할 메모리의 정보를 데이터 레지스터에 쓴다.

 

아직 백업 작업(쓰기 작업)이 끝나지 않았다면 1)부터 반복하고, 쓰기 작업이 끝났다면 작업을 종료한다.

 

 

이처럼 프로그램 입출력 방식에서의 입출력 작업은 CPU가 장치 컨트롤러의 레지스터 값을 읽고 씀으로써 이루어진다.

그런데 CPU는 입출력 장치들의 주소를 어떻게 알까? CPU는 장치 컨트롤러의 레지스터들을 어떻게 아는걸까?

 

CPU내부에 있는 레지스터와 달리 CPU는 여러 장치 컨트롤러 속 레지스터들을 모두 알고 있기 어렵다.

그렇다면 아래 명령어들은 어떻게 명령어로 표현되고, 메모리에 어떻게 저장될까?

 

• 프린터 컨트롤러의 상태 레지스터를 읽어라
• 프린터 컨트롤러의 데이터 레지스터에 100을 써라
• 키보드 컨트롤러의 상태 레지스터를 읽어라
• 하드 디스크 컨트롤러의 데이터 레지스터에 'a'를 써라

여기에는 크게 2가지 방식이 있다.

 

메모리 맵 입출력

 

메모리 맵 입출력(memory-mapped I/O) : 메모리에 접근하기 위한 주소 공간과 입출력 장치에 접근하기 위한 주소 공간을 하나의 주소 공간으로 간주하는 방법

 

예를 들어, 1,024개의 주소를 표현할 수 있는 컴퓨터가 있을때 1,024개 전부 메모리 주소를 표현하는데 사용되지 않는다.

512개는 메모리 주소를, 512개는 장치 컨트롤러의 레지스터를 표현하기 위해 사용된다.

 

 

주소 공간 일부를 아래처럼 약속했다고 가정해보자.

• 516번지 : 프린터 컨트롤러의 데이터 레지스터
• 517번지 : 프린터 컨트롤러의 상태 레지스터
• 518번지 : 하드 디스크 컨트롤러의 데이터 레지스터
• 519번지 : 하드 디스크 컨트롤러의 상태 레지스터

 

그렇다면 CPU는 '517번지를 읽어 들여라'라는 명령어로 키보드 상태를 읽을 수 있다.

그리고 '518번지에 a를 써라'라는 명령어로 하드 디스크 컨트롤러의 데이터 레지스터로 데이터를 보낼 수 있다.

 

이때 중요한 점은 메모리 맵 입출력 방식에서 CPU는 메모리의 주소들이나 장치 컨트롤러의 레지스터들이나 모두 똑같이 메모리 주소를 대하듯 하면 된다는 점이다. 그래서 메모리에 접근하는 명령어와 입출력장치에 접근하는 명령어는 다를 필요가 없다.

 

CPU가 '517번지를 읽어 들여라'라는 명령어를 실행했을 때 517번지가 메모리상의 주소를 가리킨다면 CPU는 517번지에 저장된 정보를 읽어들이고, 517번지가 프린터 컨트롤러의 상태 레지스터를 가리킨다면 CPU는 프린터의 상태를 확인할 수 있다.

 

고립형 입출력

 

고립형 입출력(isolated I/O) : 메모리를 위한 주소 공간과 입출력 장치를 위한 주소 공간을 분리하는 방법

가령 1,024개의 주소 공간을 가진 컴퓨터가 있다고 가정해보자.

 

아래 그림처럼 제어 버스에 '메모리 읽기/쓰기'선 이외에 '입출력장치 읽기/쓰기'선이 따로 있다면 메모리에도 1,024개의 주소 공간을 활용하고, 입출력 장치에도 1,024개의 주소 공간을 활용할 수 있다. CPU가 메모리 읽기/쓰기 선이 활성화되는 명령어를 실행할때는 메모리에 접근하고, 입출력 장치 읽기/쓰기 선이 활성화되는 명령어를 실행할때는 장치 컨트롤러에 접근한다.

 

 

고립형 입출력 방식에서 CPU는 입출력장치에 접근하기 위해 메모리에 접근하는 명령어와는 다른 (입출력 읽기/쓰기 선을 활성화 시키는) 입출력 명령어를 사용한다. 메모리에 접근하는 명령어와 입출력 장치에 접근하는 명령어는 굳이 다를 필요가 없던 메모리 맵과 다르다.

 

메모리 맵 입출력	고립형 입출력
메모리와 입출력 장치는 같은 주소 공간 사용	메모리와 입출력 장치는 분리된 주소 공간 사용
메모리 주소 공간이 축소됨	메모리 주소 공간이 축소되지 않음
메모리와 입출력장치에 같은 명령어 사용 가능	입출력 전용 명령어 사용

 

인터럽트 기반 입출력

 

4장에서 'CPU가 입출력장치에 처리할 내용을 명령하면 입출력 장치가 명령어를 수행하는 동안 CPU는 다른 일을 할 수 있다'라고 했다.

또한 '입출력장치가 CPU에게 인터럽트 요청 신호를 보내면 CPU는 하던 일을 잠시 멈추고 해당 인터럽트를 처리하는 프로그램인 인터럽트 서비스 루틴을 실행한 뒤 다시 하던일로 되돌아 온다' 고했다.

 

장치 컨트롤러를 학습했으니, 이제 입출력장치에 의한 하드웨어 인터럽트를 더 정확하게 이해할 수 있을 것이다.

 

입출력장치에 의한 하드웨어 인터럽트는 정확히 말하면 입출력장치가 아닌 장치 컨트롤러에 의해 발생한다.

CPU는 장치 컨트롤러에 입출력 작업을 명령하고, 장치 컨트롤러가 입출력장치를 제어하며 입출력을 수행하는 동안 CPU는 다른 일을 할 수 있는 것이다.

 

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

 

이렇게 인터럽트 기반으로 하는 입출력으르 인터럽트 기반 입출력(interrupt-Driven I/O)라고 한다.

 

▶ 폴링

 

인터럽트와 자주 비교되는 개념 중 폴링(polling)이라는 개념이 있다. 앞서 프로그램 입출력을 학습할때 'CPU는 주기적으로 장치 컨트롤러의 상태 레지스터를 확인하며 입출력장치의 상태를 확인한다'라고 했다. 이처럼 폴링이란 입출력장치의 상태가 어떤지, 처리할 데이터가 있는지 주기적으로 확인하는 방식이다.

 

폴링 방식은 당연하게도 인터럽트 방식보다 CPU의 부담이 더 크다. 인터럽트를 활용하면 CPU가 인터럽트 요청을 받을때 까지 온전히 다른일에 집중할 수 있기 때문이다.

 

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이번에는 좀 더 일반적인 입출력장치가 많은 상황을 생각해보자.

 

예를 들어, 키보드로 글자를 입력하고 있고, 모니터는 실시간으로 입력한 글자를 띄워 주고 있으며, 동영상 사이트에서 음악을 재생하니 스피커에서는 음악이 흘러나온다. 가끔 광고가 나올때는 건너뛰기 위해 마우스를 움직이기도 한다.

 

이것은 컴퓨터 속 CPU가 동시다발적으로 발생하는 키보드, 마우스, 모니터, 스피커 인터럽트를 모두 처리해야 한다는 말이다.

 

이렇게 여러 입출력 장치에서 인터럽트가 동시에 발생한 경우 인터럽트들을 어떻게 처리해야 할까?

 

간단하게 생각하면 인터럽트가 발생한 순서대로 인터럽트를 처리하는 방법이 있다.

가령 인터럽트 A를 처리하는 도중 발생한 또 다른 인터럽트 B의 요청을 받아들이지 않고, 인터럽트 A 서비스 루틴이 끝나면 그때 비로소 d인터럽트B 서비스 루틴을 실행하는 것이다.

 

CPU가 플래그 레지스터 속 인터럽트 비트를 비활성화한 채 인터럽트를 처리하는 경우 다른 입출력 장치에 의한 하드웨어 인터럽트를 받아들이지 않기 때문에 CPU는 이렇듯 순차적으로 하드웨어 인터럽트를 처리하게 된다.

 

하지만 현실적으로 모든 인터럽트를 전부 순차적으로만 해결할 수 없다.

인터럽트 중에서도 더 빨리 처리해야 하는 인터럽트가 있기 때문이다.

즉, CPU는 인터럽트 간에 우선순위를 고려하여 우선순위가 높은 인터럽트 순으로 여러 인터럽트를 처리할 수 있다.

 

예를 들어, 현재 CPU가 인터럽트 A를 처리하는 도중에 또 다른 인터럽트 B가 발생했다고 가정해보자.

만약 지금 처리 중인 인터럽트 A보다 B의 우선순위가 낮다면 CPU는 A를 모두 처리한 뒤 B를 처리한다.

하지만 인터럽트A보다 B의 우선순위가 높다면 CPU는 인터럽트 A의 실행을 잠시 멈추고 인터럽트 B를 처리한 뒤 다시 A를 처리한다.

 

 

플래그 레지스터 속 인터럽트 비트가 활성화 되어 있는 경우, 혹은 인터럽트 비트를 비활성화해도 무시할 수 없는 인터럽트인 NMI(Non-Maskable Interrupt)가 발생한 경우 CPU는 이렇게 우선순위가 높은 인터럽트부터 처리한다.

 

우선순위를 반영하여 다중 인터럽트를 처리하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 많은 컴퓨터속에서는 프로그래머블 인터럽트 컨트롤러(PIC:Programmable Interript Controller)라는 하드웨어를 사용한다.

PIC에는 여러 핀이 있는데, 각 핀에는 CPU에 하드웨어 인터럽트 요청을 보낼 수 있는 약속된 하드웨어가 연결되어 있다.

예를 들어, 첫 번째 핀은 타이머 인터럽트를 받아들이고, 두번째 핀은 키보드 인터럽트를 받아들이고...

 

 

PIC에 연결된 장치 컨트롤러들이 동시에 하드웨어 인터럽트 요청을 보내면 PIC는 이들의 우선순위를 판단해 CPU에 가장 먼저 처리할 인터럽트를 알려준다.

 

 

▶ PIC의 다중 인터럽트 처리 과정

 

1. PIC가 장치 컨트롤러에서 인터럽트 요청 신호(들)를 받아들인다
2. PIC는 인터럽트 우선순위를 판단한 뒤 CPU가 처리해야할 인터럽트 요청 신호를 보낸다
3. CPU는 PIC에 인터럽트 확인 신호를 보낸다
4. PIC는 데이터 버스르르 통해 CPU에 인터럽트 벡터를 보낸다
5. CPU는 인터럽트 벡터를 통해 인터럽트 요청의 주체를 알게 되고, 해당 장치의 인터럽트 서비스 루틴을 실행한다

일반적으로 복잡한 장치들의 인터럽트를 관리하기 위해 아래처럼 PIC를 두 개 이상 계층적으로 구성한다.

이렇게 PIC를 여러 개 사용하면 훨씬 더 많은 하드웨어 인터럽트를 관리할 수 있다.

 

 

참고로 PIC가 무시할 수 없는 인터럽트인 NMI까지 우선순위를 판별하지 않는다. NMI는 우선순위가 가장 높아 우선순위 판별이 불필요하기 때문이다. PIC가 우선순위를 조정해주는 인터럽트는 인터럽트 비트를 통해 막을 수 있는 하드웨어 인터럽트이다.

 

DMA 입출력

 

'프로그램 기반 입출력'과 '인터럽트 기반 입출력'의 공통점으로 입출력장치와 메모리 간의 데이터 이동은 CPU가 주도하고, 이동하는 데이터도 반드시 CPU를 거친다는 것이다.

 

▶ 예시1 : 입출력장치 데이터를 메모리에 저장하는 경우 CPU는

1. 장치 컨트롤러에서 입출력장치 데이터를 하나씩 읽어 레지스터에 적재하고
2. 적재한 데이터를 메모리에 저장한다.

 

 

▶ 예시2 : 메모리 속 데이터를 입출력장치에 내보내는 경우 CPU는

 

1. 메모리에서 데이터를 하나씩 읽어 레지스터에 적재하고
2. 적재한 데이터를 하나씩 입출력 장치에 보낸다.

 

이처럼 입출력장치와 메모리 사이에 전송되는 모든 데이터가 반드시 CPU를 거쳐야 한다면 가뜩이나 바쁜 CPU는 입출력장치를 위한 연산때문에 시간을 뺏기게 된다. 하드 디스크 백업과 같이 대용량 데이터를 옮길때 더욱 부담이 커진다.

 

그래서 입출력장치와 메모리가 CPU를 거치지 않고도 상호작용할 수 있는 입출력 방식인 DMA(Direct Memory Access)가 등장했다. DMA는 이름 그대로 직접 메모리에 접근할 수 있는 입출력 기능이다. DMA입출력을 하기 위해서는 시스템 버스에 연결된 DMA컨트롤러라는 하드웨어가 필요하다.

 

▶ DMA 입출력 과정

 

1. CPU는 DMA 컨트롤러에 입출력장치의 주소, 수행할 연산(읽기/쓰기),  읽거나 쓸 메모리의 주소 등과 같은 정보로 입출력 작업을 명령한다
2. DMA 컨트롤러는 CPU 대신 장치 컨트롤러와 상호작용하며 입출력 작업을 수행한다. 이때 DMA 컨트롤러는 필요한 경우 메모리에 직접 접근해서 정보를 읽거나 쓴다.
3. 입출력 작업이 끝나면 DMA 컨트롤러는 CPU에 인터럽트를 걸어 작업이 끝났음을 알린다.

▶ DMA입출력으로 메모리 내의 정보를 하드 디스크에 백업하는 작업이 어떻게 이뤄지는지 알아보자.

 

1) CPU는 DMA 컨트롤러에 하드 디스크 주소, 수행할 연산(쓰기), 백업할 내용이 저장된 메모리의 주소등의 정보와 함께 입출력 작업을 명령한다.

 

2) DMA 컨트롤러는 직접 메모리와 상호작용한다

1. DMA컨트롤러는 CPU를 거치지 않고 메모리와 직접 상호작용하며 백업할 정보를 읽어오고,
2. 하드 디스크의 장치 컨트롤러에 내보낸다.

 

3) 백업이 끝나면 DMA컨트롤러는 CPU에게 인터럽트를 걸어 작업이 끝났음을 알린다.

 

CPU는 DMA컨트롤러에게 입출력 작업 명령을 내리고, 인터럽트만 받으면 되기 때문에 작업 부담이 훨씬 줄어든다.

즉, CPU는 오로지 입출력의 시작과 끝에만 관여하면 된다.

 

하지만 여기서 고려해봐야 할 문제가 있다.

DMA 컨트롤러는 시스템 버스로 메모리에 직접 접근이 가능하지만, 시스템 버슨느 동시 사용이 불가능하다.

시스템 버스는 공용 자원이기 때문이다.

CPU가 시스템 버스를 사용할때 DMA 컨트롤러는 시스템 버스를 사용할 수 없고, DMA 컨트롤러가 시스템 버스를 사용할때 CPU가 시스템 버스를 사용할 수 없다.

 

그래서 DMA컨트롤러는 CPU가 시스템 버스를 이용하지 않을때마다 조금씩 시스템 버스를 이용하거나, CPU가 일시적으로 시스템 버스를 이용하지않도록 허락을 구하고 시스템 버스를 집중적으로 이용한다.

 

※ CPU입장에서는 버스에 접근하는 주기를 도둑맞은 상황이라 이러한 DMA의 시스템 버스 이용을 사이클 스틸링 이라고 부른다.

 

입출력 버스

 

CPU, 메모리 DMA 컨트롤러, 장치 컨트롤러가 모두 같은 버스를 공유하는 구성에서는 DMA를 위해 한 번 메모리에 접근할 때마다 시스템 버스를 두번 사용하게 되는 부작용이 있다. 위에서 파란 볼드체로 적었던 "메모리 내 정보를 하드 디스크로 백업하는 상황"을 다시 생각해보자.

 

1. 메모리에서 DMA컨트롤러로 데이터를 가져오기 위해 시스템 버스를 한 번 사용하고
2. DMA컨트롤러의 데이터를 장치 컨트롤러로 옮기기 위해 시스템 버스를 또 한번 사용한다

 

 

DMA를 위해 시스템 버스를 너무 자주 사용하면 그만큼 CPU가 시스템 버스를 이용하지 못한다.

이 문제는 DMA컨트롤러와 장치 컨트롤러들을 입출력 버스(input/output bus)라는 별도의 버스에 연결해서 해결할 수 있다.

 

아래 그림처럼 장치 컨트롤러들이 시스템 버스가 아닌 입출력 버스로 DMA컨트롤러에 연결된다면 DMA컨트롤러와 장치 컨트롤러가 서로 데이터를 전송할 때는 시스템 버스를 이용할 필요가 없으므로 시스템 버스의 사용 빈도를 줄일 수 있다.

 

 

현대 대부분 컴퓨터에는 입출력 버스가 있다. 다시 말해 대부분의 입출력장치(장치 컨트롤러)느느 시스템 버스가 아닌 입출력 버스와 연결된다. 입출력 버스는 입출력 장치를 컴퓨터 내부와 연결 짓는 통로라고 볼 수 있따.

 

입출력 버스에는 PCI(peripheral Component Interconnect)버스, PCI Express(PCIe)버스 등 여러 종류가 있다.

아래 그림은 여러 입출력 장치들을 PCIe 버스와 연결해주는 통로인 PCIe 슬롯이다. 우리가 사용하는 거의 모든 입출력장치들은 이렇게 입출력 버스왕 녀결되는 통로를 통해 시스템 버슬르 타고 CPU와 정보를 주고 받는다.

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