36. I/O Devices

 

I/O Devices

• I/O : critical to computer system to interact with systems

 

 

I/O Architecture

• Buses : cpu나 ram, I/O devices 사이의 정보를 제공하는 Data path
• I/O bus : cpu와 I/O devices 사이의 data path 
• 세가지의 hardware components를 연결 
• I/O ports
• interfaces
• device controllers

 

 

Canonical Device

 

 

 

Hardware interface of Canonical Device

• status register : 현재 device의 상태를 보여줌
• command register : 명령어를 받는 reg
• data register : data를 pass & get

=> 이 세가지 reg를 이용해서 read / wrie

=> OS가 device의 행동을 control

• device 상태가 busy 인지 아닌지 확인 한 후 not busy 이면
• 쓸 data와 command를 register로 옮기고
• 위의 과정이 다 끝났는지 status를 계속 체크해줌

=> 이렇게 계속 I/O 작업이 끝났는지 아닌지 체크하고 있으면 cpu가 낭비됨

 

 

 

Polling

• 위의 과정을 polling이라고 함 
• I/O가 끝나는 시점을 바로 캐치할 수 있다는 장점이 있음
• 하지만 polling 하는 기간 동안 cpu가 낭비됨

 

 

Interrupts

• polling 하지 않고, 그 process를 잠들게 해서 context switching을 해줌
• I/O 작업 하는 동안 다른 process가 cpu를 사용할 수 있게 되어서 낭비를 막을 수 있음 

 

 

Polling vs interrupts

• 만약 device가 매우 빠르게 진행 된다면, context switching 하는 비용이 더 커서 system을 느리게 만든다
• device 가 빠르면 polling이 낫고
• device가 느리면 interrupt가 낫다는 뜻
• hybrid 하게 두가지 방법을 융합해서 쓰는 방식도 존재한다.

 

 

CPU is once again over-burdened

• cpu가 만약 large chunk of data를 가져오면, 그 copy time 동안 over-burdened 발생 

 

 

DMA(Direct Memory Access)

• cpu copy time을 줄이기 위해 도입한 엔진 
• data reg에 접근할 수 있는 보조 cpu의 일종
• cpu가 직접 data를 copy 하는 것이 아니라 DMA에 부탁해서, 다 되면 interrupt를 주게 함

• 3번 과정을 수행하는 동안 task 1이 잠깐 수행
• 3번 과정 => 명령어 패치

 

 

Device interaction

• 어떻게 CPU가 I/O device에 접근할 수 있을까?

1. I/O instructions(intel)

• in / out과 같은 instruction을 사용하여 device reg에 data 전송

2. memory-mapped I/O(ARM)

• bus address space 같은 memory location을 이용하여 OS가 main memory에 쓰는 대신 device에 load, store를 할 수 있게 함