[CS] 보조기억장치, 입출력장치

 

보조기억장치

• 전원이 꺼져도 사라지지 않는 비휘발성(non-volatile) 저장장치
• 데이터를 안전하게 보관하고 CPU가 필요로 하는 정보를 조금이라도 빠른 성능으로 메모리에게 전달하는 것이 목표

종류

• HDD: 자기적인 방식으로 데이터 읽고 쓰는 저장장치
• 플래시 메모리: 전기적 방식으로 데이터 읽고 쓰는 반도체 기반 저장장치
  • ex) USB, SSD

RAID

• Redundant Array of Independent Disks
• 데이터의 안전성 혹은 성능을 확보하기 위해 여러 개의 독립적인 보조기억장치를 마치 하나의 보조기억장치처럼 사용하는 기술
• HDD, SSD 혼합 사용도 가능은 하지만 병목 발생할 수 있어 권장하지 않음
• RAID 레벨
  • ex) RAID0, RAID1, RAID2, RAID3, RAID4, RAID5, RAID6, RAID10, RAID50, ….
  • RAID0: 데이터를 여러 보조기억장치로 단순하게 본산 저장 (= 스트라이핑)
  • RAID1: 완전한 복사본을 만들어 저장 (=미러링)
  • RAID4: 패리티 정보를 저장하는 디스크를 따로 두는 구성 방식
    • 패리티 (parity): 오류를 검출할 수 있는 정보
  • Nested RAID: 여러 레벨 혼합 방식

 

 

저장장치 계층 구조

 

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입출력장치

• 컴퓨터 외부에 연결되어 컴퓨터 내부와 정보를 교환하는 장치
  • 입력장치 예: 마우스, 키보드
  • 출력장치 예: 스피커, 모니터, 프린터
• 장치 컨트롤러 (device controller): CPU와 다양한 입출력장치 사이의 통신을 중개하는 역할의 하드웨어
• 장치 드라이버 (device driver): 장치 컨트롤러의 동작을 알고, 장치 컨트롤러가 컴퓨터 내부와 정보를 주고받을 수 있도록 하는 프로그램

프로그램 기반 입출력 (I/O): 프로그램 속 명령어로 입출력 작업을 수행하는 작업

• 고립형(isolated) 입출력: 입출력장치에 접근하려는 주소와 메모리에 접근하는 주소를 별도의 주소 공간으로 간주하는 방식
• 메모리 맵(memory mapped) 입출력: 입출력장치에 접근하는 주소 공간과 메모리에 접근하는 주소 공간을 구분하지 않고, 메모리에 부여된 주소 공간 일부를 입출력장치를 식별하기 위한 주소 공간으로 사용하는 방식

 

 

인터럽트 기반 입출력: 다중 인터럽트

• ex) 키보드, 마우스, 모니터, 스피커 등의 입출력장치를 동시에 사용하는 상황
• 다중 인터럽트 발생 시 일반적으로 우선순위가 높은 인터럽트를 우선적으로 처리
• 현재 처리 중인 인터럽트A보다 높은 우선순위의 인터럽트B 발생 시 B 처리 후 A를 마저 처리
• PIC (programmable interrupt controller)
  • 여러 장치 컨트롤러에 연결되어있어 장치 컨트롤러에서 보낸 하드웨어 인터럽트 요청들의 우선순위를 판별한 뒤, CPU에게 지금 처리해야 할 하드웨어 인터럽트가 무엇인지 알려주는 장치
  • 2개 이상의 계층으로 구성

계층 구조의 PIC

 

DMA 입출력

• Direct Memory Access
• CPU를 거치지 않고 입출력장치와 메모리가 상호작용 할 수 있는 입출력 방식
• DMA 컨트롤러는 시스템 버스에 연결, 입출력 장치들은 입출력 버스라는 입출력 장치 컨트롤러의 전용 버스와 연결됨
• CPU는 DMA 컨트롤러와만 상호작용하여 입출력 부담 낮출 수 있음
• PCIe: 대표적인 입출력 버스

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참고: 이것이 취업을 위한 컴퓨터 과학이다 with CS 기술 면접 (https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000214014967)