상호연결
개요
상호연결 조직이란?
- 컴퓨터의 주요 요소들을 연결하는 경로들의 집합이다.
- 예시) 시스템 버스
컴퓨터 주요 모듈의 입출력 신호
기억장치가 처리하는 신호
- 기억장치는 동일한 길이를 가진 N개의 word들로 구성된다.
- 데이터 송신/수신
- 주소(위치) 수신
- 제어 신호 수신
I/O 모듈이 처리하는 신호
- 기능적으로는 기억장치와 유사하다.
- 데이터 송신/수신
- 컴퓨터로 데이터 송신/수신 ⇒ Internal Data (컴퓨터 내부 데이터)
- 주변기기로 데이터 송신/수신 ⇒ External Data (컴퓨터 주변기기 데이터)
- 프로세서로 인터럽트 신호 송신
- 주소(위치) 수신
- 기억장치와 차이점
프로세서가 처리하는 신호
- 명령어, 명령어 주소와 데이터 수신
- 인터럽트 수신
- 처리한 데이터 송신
- 제어신호를 다른 장치로 송신
상호연결 방식: 버스 상호연결
버스란?
- 버스는 두 개 이상의 장치들을 연결하는 통신 경로이다.
- 버스는 공유 전송 매체이다. (Shared Transmission Medium)
- 한 번에 한 장치만 성공적으로 전송이 가능하다.
시스템 버스
- 시스템 버스는 컴퓨터의 주요 구성요소들을 연결하는 버스이다.
- Control Lines
- Address Lines
- Data Lines
내부 버스
- 내부 버스는 CPU 내부에 존재하는 버스이다.
- ALU와 캐시 등을 연결하는 CPU 내의 통로이다.
버스 조직
- 데이터 버스
- 시스템 모듈 간에 데이터 이동 경로를 제공하는 버스이다.
- 데이터 버스의 폭이 컴퓨터 성능에 영향을 미친다.
- 주소 버스
- 데이터 버스로 전달되는 데이터의 근원지/목적지를 지정한다.
- 주소 버스의 폭이 시스템의 최대 기억 장치의 용량을 결정한다.
- 왜냐하면, 표현할 수 있는 주소의 최대 개수가 주소 버스의 폭에 따르기 때문이다.
- I/O 포트를 지정하기 위해서 주소 버스를 사용하기도 한다.
- 제어 버스
- 데이터 선과 주소 선의 사용을 제어한다.
- 시스템 모듈들 사이에 명령과 타이밍 정보를 전달한다.
- 제어 신호의 종류
- 기억장치 읽기/쓰기
- I/O 읽기/쓰기
- 전송 확인
- 버스 요구
- 어떤 모듈이 DMA를 위해서 버스 사용을 요구한다.
- 버스 승인
- 버스를 요구한 모듈에게 버스 사용권이 허가된다.
- 인터럽트 요구
- 인터럽트 확인
버스 동작
- 어떤 모듈이 다른 모듈에게 데이터를 보내려 할 때
- 버스의 사용권을 얻는다.
- 버스를 통하여 데이터를 전송한다.
- 어떤 모듈이 다른 모듈로부터 데이터를 받으려 할 때
- 버스의 사용권을 얻는다.
- 적절한 제어 선과 주소 선을 통하여 다른 모듈에게 요구 신호를 전달한다.
- 그 모듈이 데이터를 전송해줄 때까지 기다린다.
버스의 유형
- 전용 버스
- 한가지 기능만 수행하도록 지정되거나, 컴퓨터 구성요소들의 일부분을 연결하도록 지정한 것이다.
- 장점
- 단점
- 다중화된 버스
- 공통의 버스(시분할 방식)을 사용하는 것이다.
- 한 번에 한 장치만이 버스에 정보를 전송할 수 있다.
- 따라서, 적절한 중재 기법이 필요하다.
- 장점
- 사용하는 선들의 수가 적어 공간과 비용이 절약된다.
- 단점
- 각 모듈은 복잡한 회로가 필요하고, 성능이 떨어진다.
다중 버스 구조
- on-chip Cache
- off-chip Cache
상호연결 방식: 점대점 상호연결
점대점 상호연결 등장배경
- 기존의 방식은 공유버스 구조였다.
- 공유버스 구조는 데이터율 상승에 따른 동기화 및 중재의 제약이 존재한다.
- 공유버스 구조는 멀티코어, 대용량 캐시 등으로 인해 프로세서-기억장치 간 정송 병목이 발생한다.
- 공유버스 구조보다 지연이 적고, 데이터율이 높으며 확장성이 좋다.
QPI
- QPI: QuickPath Interconnection
- 다중 직접 연결 방식이다.
- 계층화된 프로토콜 구조를 갖는다.
- 물리 계층
- 링크 계층
- 라우팅 계층
- 프로토콜 계층
- 패킷화된 데이터를 전송한다.
PCI
- PCI는 인텔이 설계한 고대역폭 프로세서-독립적 버스이다.
- 주변장치를 자동으로 인식하는 PnP를 지원한다.
- 버스 자체가 일종의 버퍼 역할을 수행한다.
- 병렬 버스 방식이다.
PCIe
- PCIe: PCI Express
- PCI를 대체한다.
- 점대점 상호연결 방식을 제공하는 고속 시리얼 버스이다.
- 전송채널로 독립적인 선로(lane)를 사용한다.
- 전송채널 개수를 늘려 간단히 전송속도를 향상시킬 수 있다.
- 직렬 버스 방식이다.
- 성결대학교 컴퓨터 공학과 최정열 교수님 (2021)
- William Stalling, 『컴퓨터시스템구조론(10판)』
본 게시글은 위 강의 및 교재를 기반으로 정리한 글입니다.
