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공부

[컴퓨터구조와원리] 보조 기억장치 및 입력과 출력



보조기억장치

등각속도 (CAV)
 - 일정한 속도로 회전하는 상태에서 트랙의 위치에 관계없이 데이터를 동일한 비율로 액세스
 - 각 트랙은 다수의 섹터로 이루어져 있고 각 섹터들은 일정 공간을 두어 구분
   장점 : 디스크를 읽고 쓰는 장치가 간단하다
   단점 : 트랙의 바깥쪽이 안쪽보다 길지만 동일한 비트의 데이터를 저장하기 때문에 저장 공간 낭비가 생긴다

등선속도 (CLV)
 - 낭비되는 공간 없이 균일하게 데이터 저장
 - 바깥 쪽 트랙 부분은 더 넓은 저장 공간에 더 많은 데이터를 저장
 - 트랙의 위치에 따라 시스크 회전 속도 변경, 저장된 데이터의 읽기 속도를 동일하게 한다
 - 오디오나 비디오 데이터와 같이 일정한 속도로 읽고 써야하는 광학 저장장치에 주로 사용된다

디스크 접근시간 = 탐색시간 + 회전지연 + 데이터 전송시간


RAID 구성 : 여러개의 디스크를 묶어서 속도와 신뢰도를 보장 할 수 있는 구성방식

RAID 0 : 데이터를 분산 처리해서 저장하는 방식
 - 앞에 것을 읽을 때 뒤의 디스크는 탐색시간과 회전 지연 시간이 없기에 다른 데이터를 빠르게 전송 가능
   장점 : 데이터 읽고 쓰기 성능이 우수하다, 성능과 용량을 우선시 한다
   단점 : 어떠한 오류도 복구하지 못한다

RAID 1 : 똑같은 데이터를 미러링 해놓은 방식
 - 하나의 디스크 손상이 생겨도 복사본이 있기때문에 쉽게 복구 가능
 - 읽기는 번갈아가면서 읽기에 2배 빠르고, 쓸때는 두 곳에 저장해야하기 때문에 쓰기는 오래거린다

RAID 2 : RAID 1을 개선하여 각각의 볼륨상의 패리티 비트를 저장 하는 방식

RAID 3 
 - RAID 2의 경우 패리티를 저장하기 위해 공간이 너무 많이 소모되기에 각 볼륨의 패리티를 모아서
   하나의 패리티 디스크를 만드는 방식

RAID 4
 - RAID 3에서 패리티 연산 방식을 블록별로 단순화 시켜서 빠르게 계산 할 수 있도록 만든 방식

RAID 5
 - 패리티 계산을 하는 2,3,4 중에 3,4 구성의 경우 패리티 체크를 위해 패리티 시스크를 계속 액세스하여
   패리티 디스크에 부담이 많아지기에 패리티 자체도 분산처리 하도록 만든 방식

RAID 6
 - 패리티 자체도 안전하게 2개로 분산하여 저장하도록 하는 방식, 볼륨을 RAID 5보다 하나 더 써야하지만
   아주 높은 신뢰성을 제공한다



입력과 출력

입출력 모듈(I/O Modual) : 입출력 장치가 느리기 때문에 CPU와 입출력 장치 사이에서 도움을 주는 역활

입출력 모듈의 기능
 - 입출력 장치의 제어 와 타이밍 조정
 - 중앙 처리장치와의 통신
 - 입출력 장치들 과의 통신
 - 데이터 버퍼링 기능을 수행
 - 오류 검출

입출력 장치의 주소지정

1) 기억장치-사상방식 (Memory-mapped)
 - 입출력 장치와 주기억 장치가 하나의 주소 공간을 공유
 - 구분이 쉽고 제어가 간단하다
 - 기억장치의 주소공간이 감소하므로 전체적인 성능 저하 우려

2) 분리형 입출력 방식 (isolated I/O 또는 I/O mapped)
 - 기억장치와 입출력 장치의 주소공간을 따로 할당 하는 방식
 - 기억장치 공간을 최대로 활용
 - 주소 공간 구분 명령어로 인해 처리가 복잡해진다


스트로브(Strobe) 신호
 - 송신측에서 데이터를 전송할 때 전송되는 것을 수신측에 알려주기 위한 별도의 신호

입출력 제어 기법
 - 중앙 처리 장치가 직접 입출력 장치를 제어하는 방식
 - 주기억 장치와 입출력 장치가 직접적으로 데이터를 교환하는 직접 기억장치 액세스(DMA) 방식
 - 별도의 입출력 프로세서가 입출력 장치를 제어하는 방식

DMA (직접 기억장치 액세스)
 - CPU 개입없이 명령어, 주소, 계수를 주면 계수만큼 데이터를 전송해서 알려주는 방식
 - CPU가 다른 일을 함으로써 전체적인 성능이 향상된다

시스템 버스
 - 버스의 폭 : 버스 선의수를 말한다, 한번에 전송할 수 있는 데이터 양
 - 버스의 대역폭 : 버스의 속도, 단위별 전송할 수 있는 데이터 양

데이터 버스 : 데이터를 전송하는데 사용
 -> 선이 늘어나면 : 한번에 많은 데이터 전송 가능

주소 버스 : 입출력 하기 위해 주소 셀을 지정할 때 사용
 -> 선이 늘어나면 : 선택할 수 있는 셀이 늘어나기 때문에 기억장치 용량이 늘어난다

제어버스 : 입출력 할때 각종 제어신로를 처리, 읽기, 쓰기 명령어랑 입출력 전송확인 하는 것

컴퓨터에 사용되는 주요 제어 신호
 - 기억 장치 읽기 / 쓰기
 - 입출력 읽기 / 쓰기
 - 전송 확인
 - 버스 요구
 - 버스 승인
 - 인터럽트 요구
 - 인터럽트 확인
 - 클록
 - 리셋

버스 마스터
 - 버스 사용의 주체가 되는 중앙 처리장치, 입출력 모듈 등의 요소
 - 시스템 버스에 연결된 컴퓨터의 기본 장치들을 말한다

버스 중재
 - 여러 장치가 동시에 버스를 사용하려는 경우에 각 장치들이 순서대로 버스를 사용하도록 제어해 주는 기능

중재 버스 : 버스 중재를 위한 제어 신호 선들의 집합 (버스 요구, 승인, 사용중 신호)

버스 경합
 - 여러개의 버스 마스터들이 동시에 시스템 버스의 사용을 요구하는 경우, 버스 경합이 발생

버스 중재기
 - 버스 중재를 수행하는 하드웨어 모듈