컴퓨터 구조 (입출력 장치 & 시스템 버스)

 이전 글에서 다룬 컴퓨터 구조의 요소 중 CPU, Memory에 이어 입출력 장치와 시스템 버스에 대해 알아보겠습니다.

 

컴퓨터 구조 (CPU & Memory)

 

입출력 장치

 입출력 장치 (IO : Input/Output)는 데이터를 입력하고 출력하는 데 필요한 인터페이스 역할을 수행합니다. 쉽게 풀어 설명하면, 입출력 장치는 주변 장치(peripheral)와 같다고 말할 수 있습니다. 그런 만큼 종류가 많고 다양하며, 중앙처리장치(CPU)나, 기억장치(Memory)와는 동작 방법이 다릅니다. 대표적인 입출력 장치로는 마우스, 모니터, 센서, 모터, 모뎀, 네트워크 카드, 하드 디스크, USB 기억장치 등이 존재합니다.

 이러한 입출력 장치는 데이터 전달 방향에 따라 마우스와 센서는 입력, 모니터와 모터는 출력, 모뎀, 네트워크 카드, 하드 디스크, USB 기억장치는 입출력으로 분류할 수 있고, 사용하는 관점에 따라 분류하게 되면 마우스와 모니터는 사람이 사용하고, 센서와 모터는 기계의 관점에서 입출력을 처리하고, 모뎀과, 네트워크 카드는 통신, 하드 디스크와 USB 기억장치는 컴퓨터의 관점에서 사용됩니다. 전송 방식을 이용하여 분류하게 되면 마우스, 센서, 모터, 모뎀은 문자로 전송하고, 모니터, 네트워크 카드, 하드 디스크, USB 기억장치는 블록으로 전송합니다. 마지막으로 통신 방식에 대해서 분류하게 되면 마우스와 모뎀, USB 기억장치는 직렬로, 모니터와 네트워크 카드, 하드 디스크는 병렬로 통신하며, 센서와 모터는 직렬과 병렬 방식을 모두 활용합니다.

 입출력 장치들은 동작 속도가 중앙처리장치보다 느리고, 전자나 기계식으로 동작합니다. 또한 데이터 형식이 문자(바이트) 단위이며, 오류 발생 가능성이 크다는 특징을 가지고 있습니다.

입출력 장치의 구조

  입출력 장치의 구조는 위의 그림과 같습니다. 이 중 신호 변환기는 제어신호와 데이터를 기계 동작으로 변환하는 기능을 수행하고, 제어회로는 CPU의 신호를 해석하여, I/O 기기의 상태정보를 공급하며, 버프는 속도 차이로 인해 데이터를 임시로 보관하고, 속도를 완충시키는 역할을 수행합니다.

 

시스템 버스

 시스템 버스(System Bus)는 컴퓨터의 구성요소를 서로 연결하고 데이터를 전달하기 위한 경로를 의미합니다. 시스템 버스는 주소 버스 (Address Bus), 데이터 버스 (Data Bus), 제어 버스 (Control Bus)로 구분됩니다. 우선 주소 버스는 기억 장치나 입출력 장치의 주소를 지정 즉, 포트 번호를 전달하는 것으로, 기억 장치의 용량에 따라 달라집니다. 데이터 버스는 데이터를 전달하는 경로로, 일반적으로 8의 배수로 구성됩니다. 데이터 버스의 비트 수는 레지스터의 크기와 같고 이는 단어 크기(word size)와 같습니다. 마지막으로 제어 버스는 주소 버스와 데이터 버스를 제외한 나머지 신호로 제어 신호(Read, Write)를 전달하며, 각각 고유한 기능을 가집니다.

시스템 버스의 구성