[컴퓨터구조] 18-2. I/O

Review)

 

I/O (Input/Output)

• CPU입장에서 Memory 빼고는 다 I/O
  • hard disk는 io와 controller에 연결 되어 있는 storage

• 입출력 모듈(IO)은 왜 필요할까요?
  • 다양한 장치가 존재하는데 각자의 속도는 다 다릅니다. 출력 데이터 포맷도 다 다르고 그래서 일반화 할 수는 없을까? 해서 만들어진 것이 'I/O module' 입니다. (CPU와 RAM보다 속도도 느리기 때문에 버퍼링 할 수 있는 게 필요 했습니다.)

https://com24everyday.tistory.com/173

• 빠른 것들은 그냥 붙이고 느린 것들은 bridge를 달아서 거기에 매다는 방식도 존재함
  • hierarchical bus

• data를 저장하는 register와 status/control register가 존재한다.
  • 그런데 이런 것들 하나하나를 control 하는 것은 쉬운 일이 아니다.(chip을 설계한 사람이 아닌 이상)
  • 그래서 드라이버를 설치하는 것
• 하나하나 register와 logic마다 IO address가 존재한다.(I/O port)
• memory와는 별개로 따로 I/O가 존재하는 경우 -> Isolated I/O
  • I/O 명령어가 따로 존재
• memory의 한 부분을 I/O로 사용하는 것 -> memory-mapped I/O
  • I/O를 할 때에도 그냥 기존의 lw, sw를 사용

 

I/O와 CPU가 통신하는 방법?

Input Output Techniques

1. Programmed I/O : CPU must wait (polling)
2. Interrupted-driven I/O
3. Direct memory acess(DMA) : CPU한테 데이터를 주고 받겠다는 허락을 한 번 받기만 하면 그 이후부터는 CPU 에 개입 없이 다른 게 직접 수행

시스템 버스에는 CPU와 Memory가 붙고 아래쪽에 실제 디바이스가 위치한다.

 

Chapter 6. Storage and Other I/O Topics

Introduction

CPU입장에서 Memory가 아닌 것은 전부 I/O이다.

• I/O 장치는 다음에 의해 특징지을 수 있다. 
  • Behaviour: input, output, storage (어떤 행동?)
  • Partner: human or machine (누가 컨트롤?)
  • Data rate: bytes/sec, transfers/sec (얼마나 빠르게 전송?)
• I/O bus connections

• 프로세서와 메모리는 프로세서가 원하면 메모리에서 데이터를 가져오거나 데이터를 쓰는 것이 가능
• IO 자체가 주체가 되어 데이터를 주고 받을 수도 있는데
  • I/O들이 CPU에게 Interrupt를 걸기위한 interrupt 핀이 존재함 (그래야 I/O가 다 마쳤을 때 알리기 위함)
    • 키보드와 같은 것
• IO device들은 direct로 연결된 것이 아니라 IO controller를 중간에 거친다.
  • 그래서 CPU는 IO device가 어떻게 생겼는지 알 필요가 없고
  • IO controller에 내장된 (두 종류의 register[control, cammand], data, logic) 것들에 접근하여 데이터를 주고 받는 것이다.

 

I/O System Characteristics

• CPU 부분에서는 performance가 중요했음
• memory 부분에서는 performance (throughput) 과 miss rate, capacitancy과 같은 것들이 최대 관심사였다.
• IO는 물론 performance(throughput)도 중요하지만 IO 종류가 다양하다 보니까 Latency가 중요한 경우도 많다.
  • 또한 Dependability도 중요함
• Dependability (reliability; 신뢰성) is important
  • disk가 날라가면 엄청 큰일나기 때문에 speed 도 중요하지만 dependability가 매우 중요한 것
    • storage devices는 특히나 더
• Performance 측정 방식
  • Latency (response time; 반응속도)
    • IO에서는 키보드와 같은 것은 치자마자 입력이 되는 것이 중요하기 때문에 Latency가 중요함
    • 키보드가 모았다가 보내는 것은 의미가 x
  • Throughput (bandwidth; 밴드폭)
    • gigabit internet 같은 것은 throughput이 중요함
  • IO종류에 따라 latency가 중요할 때도 Throughput이 중요할 때도 있다
  • Desktops & embedded systems (얘네는 아래가 중요함)
    • response time & diversity of devices
  • Servers (서버는 아래가 중요함)
    • throughput & expandability of devices

 

Dependability

• system이 얼마나 안전하냐 (reliability)

system이 실행되다가 fail이 발생하면 interrupt가 발생하고 restoration(복구)되면 다시 실행하는 방식

• Fault: component의 failure
  
  • system failure를 초래할 수도 있고 아닐 수도 있다.
• system에서 fail과 restore은 지정된 시간에 따라 발생하는 것이 아니기 때문에 평균을 구한다.

실제로 사용할 수 있는 구간은 fail이 발생하고 restore가 되면 그 restore된 시점부터 다음 fail이 발생하기 전까지이다.

 

Dependability Measures

• Reliability –  mean time to failure (MTTF)에 의해 측정됨.
  • Service interruption은 mean time to repair (MTTR)에 의해 측정된다.
  • MTTF는 available한 상태
  • MTTR는 service interrupt 구간(사용하지 못하는)
• Availability – service accomplishment의 측정
  • Availability = MTTF/(MTTF + MTTR)
  • availablity를 높이기 위해선 분자를 높이던지 분모를 낮추던지
  • 고장이 덜나게 하려면(MTTF를 높이려면) -> Fault avoidance
• MTTF를 증가시키기 위해서 component의 퀄리티를 향상시키거나 faulty component의 존재 속에서 operating을 계속하는 시스템을 디자인해야 한다. 
  1. Fault avoidance: construction에 의한 fault 발생을 방지한다.
  2. Fault tolerance: faulty component를 고치거나 bypass하기 위해 redundancy를 사용한다.(hardware)
     • Fault detection vs. fault correction
     • Permanent faults vs. transient faults

 

Disk Storage

special IO

• Nonvolatile, rotating magnetic storage
  • 비휘발성, 자기를 띤, 겹친 디스크가 회전,
  • track의 sector마다에 데이터가 쓰여짐.

Disk Sectors and Access

• 각 sector는 다음을 기록한다.
  • Sector ID
  • Data (512 bytes, 4096 bytes proposed)
  • Error correcting code (ECC): 오류를 숨기기 위해 사용됨
  • Synchronization fields and gaps(동기화 필드 및 간격)
• sector에 대한 접근은 다음을 수반한다.
  • Queuing delay if other accesses are pending(다른 액세스가 보류 중인 경우 대기열 지연)
  • Seek: heads를 움직임
  • Rotational latency
  • Data transfer
  • Controller overhead
• Blocks vs. sectors
  • Sector: 포맷된 디스크에서 정보를 저장하는 물리적인 지점
  • Block: 운영 체제가 접근할 수 있는 섹터 그룹
    (1, 2, 4, 8 or even 16 sectors)
    • OS가 관리할 때는 block이라는 용어를 사용함.

 

Disk Access Example

• 다음과 같은 조건 하에,
  • 512B sector, 15,000rpm, 4ms average seek time, 100MB/s transfer rate, 0.2ms controller overhead, idle disk
• Average read time은?
  • 4ms seek time512 / 100MB/s = 0.005ms transfer time
  • 0.2ms controller delay
    = 6.2ms
  • ½ / (15,000/60) = 2ms rotational latency
• 만약 실제 average seek time이 1ms라면,
  • Average read time = 3.2ms

 

Disk Performance Issues

• 제조업체는 average seek time을 인용한다
  
  • 모든 가능한 seek에 기반하여
  • Locality와 OS scheduling은 더 짧은 실제의 average seek times을 가져온다.
• 똑똑한 disk controller는 disk에 physcial sectors를 할당한다. 
  
  • host에게 logical한 sector interface를 제공한다.
  • SCSI, ATA, SATA
• Disk drives는 caches를 포함한다. 
  
  • access를 예상한 sectors를 prefetch한다.
  • seek과 rotational delay를 피한다.(혹은 감소)

 

Flash Storage(SSD)

• 비휘발성 반도체 저장소
• disk보다 100× – 1000× 빠르다.
• 더 작고, 더 낮은 파워를 사용하며, 더 강인하다.
• 하지만 더 큰 $/GB를 갖는다.(disk와 DRAM 사이에)
• Flash memory bits는 마모되지만(디스크 및 DRAM과 달리) 마모 레벨링으로 인해 플래시의 쓰기 제한이 초과되지 않을 수 있음  
  • wear out - 10만번 정도 쓰면 자주쓰는 부분은 다 떨어짐, 마모 된다.
  • FTL이라는 펌웨어가 들어있음 -> 골고루 쓸 수 있도록 관리해 주는

 

RAID: Disk arrays

dependability, throughput을 위해 사용하는 방법

 

• Redundant Array of Inexpensive Disks (RAID)
  • 말 그대로 disk를 여러개 쓰는 (disk array)
  • reliability 측면에서 하나 있는 거 보다는 더 떨어짐
    • disk가 많아질 수록 고장날 확률이 올라가기 때문에
  • 그치만 동시에 여러 개의 데이터를 준비시킬 수 있음
• 작고 값싼 disk 의 배열
  
  • disk drives 를 많이 사용하여 잠재적인 throughput 향상  
    
    • 데이터가 여러 disk에 분산됨
    • 한 번 access할 때, 여러 디스크에 여러 번 액세스합니다
• Reliability는 single disk보다 더 낮다.
• 하지만 availability는 redundant disk를 추가함으로써 향상시킬 수 있다. (RAID)
  
  • 손실된 정보는 redundant 정보로부터 복구될 수 있다.
  • MTTR: mean time to repair is in the order of hours(평균 수리 시간은 수시간)
  • MTTF: mean time to failure of disks is tens of years(평균 Disk 장애 발생 시간은 수십 년)

 

RAID 0 (no redundancy)

• 원래 하나의 disk에 다 있던 block을 두 개의 disk에 interleaved 시킴
• 하나의 큰 디스크가 아닌 여러 개의 작은 디스크
  
  • 여러 디스크에 걸쳐 분산( striping )하면 여러 block에 병렬로 액세스할 수 있어 성능이 향상된다  
    
    • 4개의 디스크 시스템은 1개의 디스크 시스템보다 4배의 throughput을 제공한다
  • 하나의 큰 디스크와 동일한 비용  – 4개의 작은 디스크가 하나의 큰 디스크와 동일한 비용이 든다고 가정
• redundancy가 없는데, 디스크 하나에 장애가 발생하면 어떡함?
  
  • system의 disk 수가 증가함에 따라 하나 이상의 disk가 실패할 가능성이 높아진다
• reliability가 떨어짐 - 하나 있을 때보다 두 개 있을 때 고장날 확률이 더 높기 때문에

RAID 1 and 2

RAID 0 에서 reliability가 낮던 단점을 보완

• RAID 1: Mirroring
  • N + N disks, replicate data(데이터 복제)
    
    • data disk와 mirror disk 둘다에 데이터를 write한다.
    • disk 고장 시 mirror로부터 읽는다. 
      • 하나가 고장나면 다른 곳에서 가져오면 됨
  • 용량이 두 배가 되기 때문에 비효율

• RAID 2: Error correcting code (ECC)
  • N + E disks (e.g., 10 + 4)
  • N개의 disk에 걸쳐 bit level로 데이터를 분리
  • E-bit의 ECC 생성
    • Error correction code
    • 어느 부분에서 error가 났는지 판단 후 복구
  • 너무 복잡하고 실제로 잘 사용되지도 않음

Striping

• Striping in Storage
• 논리적으로 순차적인 데이터(예: 파일)를 분할하여 연속적인 세그먼트를 서로 다른 물리적 저장 장치에 저장하는 기법입니다.  
  • consecutive segment가 서로 다른 물리적 storage에 저장되어있다.
• 동시에 액세스할 수 있는 여러 장치에 세그먼트를 분산시킴으로써 총 데이터 throughput 증가

 

RAID 3: Byte-level striping with Parity

• N + 1 disks (+1은 parity check를 위한 disk)
  
  • 바이트 수준의 N개 디스크에 걸쳐 데이터 스트라이프(하위 분할)
  • Redundant disk가 parity를 저장
  • Read access: 모든 disks 읽기
  • Write access: 새 parity 생성 및 모든 disk 업데이트
  • 고장 시: parity를 사용하여 missing 데이터를 재구성
• 효율적 사용을 위해 hardware적 지원이 요구된다.
• 6개가 하나의 블락 
  • 한 블락을 access 하려면 저 6개를 다 access해야함
•  널리 사용되지는 않음

 

RAID 4: Block-level striping

• N + 1 disks
  • block level에서 N개의 disk에 걸쳐 striped된 데이터
    • 한 block이 한 disk에 담김
  • Redundant disk는 block 그룹에 대한 parity를 저장
  • Read access: 필요한 block을 유지하고 있는 disk만 읽기
  • Write access: 수정된 block과 parity disk가 포함된 디스크만 읽기
    
    • 새 parity 계산, 데이터 disk 및 parity disk 업데이터
  • 고장 시: Use parity to reconstruct missing data
    • parity를 계속 체크해야하는 비효율
• 널리 사용되지는 않음

각 parity block의 block 그룹을 나타내는 각 색상을 가진 전용 parity disk로 RAID4 설정(a stripe)

 

RAID 3 vs RAID 4

RAID 4에서는 block 단위로 하기 때문에 disk하나하나 access 하지 않아도 됨(reliablity는 줄어들긴 해도)

 

RAID 5: Distributed Parity

• N + 1 disks
  • RAID 4와 유사하지만, parity blocks이 여러 disk에 분포되어있다.
    • parity disk가 bottleneck이 되는 것을 피함
• 널리 사용되는 방식

parity block을 분산 시켜서 배치한 방식

• 한 disk에만 traffic이 몰릴 것을 대비

 

RAID 6: P + Q Redundancy

redundancy를 두 개 쓰자는 아이디어

• N + 2 disks
  • RAID 5와 유사하지만, parity가 두 개나 된다.
  • 이중화를 통해 fault tolerance 향상
• Multiple RAID
  
  • 더 진보된 시스템은 성능이 향상된 유사한 fault tolerance를 제공한다.

• 최대 2개의 드라이브 고장까지 허용

복잡하고 cost가 올라가지만 두 개가 고장나도 복구가 가능하다.

 

RAID Summary

• RAID는 performance와 availability를 향상시킬 수 있다.
  
  • High availability을 위해서는 hot swapping (시스템을 중지, 종료 또는 재부팅하지 않고 컴퓨터 시스템에 구성 요소를 추가하는 교체)이 필요하다
  • interleaved된 구조로 인해서 performance 증가
  • 고장이 나도 parity라던가 redundancy로 복구가 가능함 -> dependability(availability)
• 독립적인 disk 고장을 가정 
  
  • 건물이 타버리면 안타깝..
• See “Hard Disk Performance, Quality and Reliability”
  • http://www.pcguide.com/ref/hdd/perf/index.htm

 

Review: components of a computer

• II/O system에서 중요한 metrics (중요한 기준)
  • Performance
  • Expandability
  • Dependability
  • Cost, size, weight
  • Security
• IO 종류에 따라 중요하게 여겨지는 metric(기준)이 달라질 수 있다.

 

A Typical I/O system

IO bus를 기준으로 윗 부분이 master, 아랫 부분이 slave로 본다.

 

IO device마다 속도가 다름

사람이 CPU에게 요청할 수 있는데 이는 개별적으로 CPU에게 요청하는 것이 아니기 때문에 Interrupt라고 한다.

 

Input and output Devices

• I/O devices are incredibly diverse with respect to
• I/O 장치는 다음과 관련하여 엄청나게 다양합니다  
  • Behavior – input, output or storage(입력, 출력 또는 저장) - 무슨 용도로 사용하는지
  • Partner – human or machine - 누가 사용하는지
  • Data rate – I/O 장치와 메인 메모리 또는 프로세서 간에 데이터를 전송할 수 있는 최대 속도 - 어느 정도의 성능인지

 

I/O Performance Measures

• I/O bandwidth (throughput) – 단위 시간당 interconnect(예: 버스)를 통해 프로세서/메모리(I/O 장치)로 입력(출력) 및 통신할 수 있는 정보의 양
• 시스템을 통해 일정 시간 동안 얼마나 많은 데이터를 이동할 수 있는지?
• 단위 시간당 몇 개의 I/O 작업을 수행할 수 있습니까?
• I/O 응답 시간(지연 시간-latency) – 입력 또는 출력 작업을 수행하기 위한 총 경과 시간

 

I/O system interconnection issues

• bus 는 다양한 latencies와 데이터 전송 속도를 가진 다양한 장치를 지원해야 하는 공유 통신 링크(여러 서브시스템을 연결하는 데 사용되는 단일 wire 세트)이다  
  • 키보드와 같은 IO device가 CPU에게 데이터를 보내기 위해서 IO controller의 serial interface를 통한다.
  • 장점
    • Versatile(변하기 쉬움) – 새로운 장치를 쉽게 추가할 수 있고 같은 bus 표준을 사용하는 컴퓨터 시스템 간에 이동이 가능하다.
    • Low cost – 단일 wires 세트가 여러 방식으로 공유된다
  • 단점
    • communication bottleneck이 생긴다.
      
      • bus bandwidth가 최대 I/O throughput을 제한한다.
• 최대 bus 속도는 대체로 다음에 의해 제한된다. 
  • bus의 길이
  • 버스에 달려있는 장치 수

이는 진짜 간단한 형태의 bus로 이 방식으로 구성하면 제한이 너무 크다.

 

Types of Buses

• Processor-memory bus (“Front Side Bus”, proprietary; 전용)
  • 짧고 빠른 속도
  • 메모리 시스템과 일치하여 memory-processor bandwidth 극대화
  • 캐시 블록 전송에 최적화
• I/O bus (industry standard, e.g., SCSI, USB, Firewire)
  • 일반적으로 길고 느리다
  • 광범위한 I/O 장치를 수용해야 함
  • 프로세서 메모리 버스 또는 backplane bus를 사용하여 메모리에 연결한다
• Backplane bus (industry standard, e.g., ATA, PCIexpress)
  • 프로세서, 메모리 및 I/O 장치를 단일 버스(컴퓨터의 backplane에 내장)에 공존시킬 수 있다.
  • Used as an intermediary bus connecting I/O busses to the processor-memory bus
  • I/O 버스와 processor-memory bus를 연결하는 intermediary bus로 사용됩니다

 

I/O Transactions(read/write)

• I/O transaction은 요청을 포함하고 데이터를 전달할 수 있는 응답을 포함할 수 있는 interconnect를 통한 일련의 작업 순서이다.
• 트랜잭션은 단일 요청에 의해 시작되며 많은 개별 버스 작업을 수행할 수 있다. I/O 트랜잭션은 일반적으로 두 부분을 포함한다  
  • Sending the address
  • Receiving or sending the data
• CPU에서 mem을 읽을 때 address가 mem으로 가면 어느 정도 후에 mem이 data를 실어주고 양방향으로 왔다갔다 하기도 한다.
  • 이 과정에서 메모리(slave)는 가만히 있고 CPU(master)가 능동적으로 작동한다.
  • 메모리는 수동적
• IO도 마찬가지로 address를 보내주고 데이터를 받아오는데 가만히 있는 것이 아니라 능동적으로 주고 받는다.

 

Synchronous and Asynchronous Buses

• Synchronous bus (e.g., fast processor-memory buses)
  
  • control lines에 clock를 포함하고 clock에 상대적인 통신을 위한 고정 프로토콜이 있음
  • 장점: 매우 적은 logic을 사용하며 매우 빠르게 실행할 수 있다
  • 단점:
    
    • 버스에서 통신하는 모든 장치는 동일한 클럭 속도를 사용해야 한다
    • clock skew를 피하기 위해서, 속도가 빠르면 길 수 없다
• Asynchronous bus (e.g., relatively slow I/O buses)
  • It is not clocked, so requires a handshaking protocol and additional control lines
  • clock이 아니라서 handshaking protocol과 추가 control lines이 필요하다  
    • (ReadReq, Ack, DataRdy)
  • handshaking: 준비 됐어? -> 준비 됐다 -> 데이터 왔다 갔다
  • 장점:
    
    • 광범위한 장치 및 장치 속도를 수용할 수 있다.
    • clock skew 이나 동기화 문제 걱정 없이 길이가 길어질 수 있습니다
  • 단점: (더) 느리다

 

Asynchronous Bus Handshaking Protocol

• memory에서 I/O 장치로 데이터 출력(읽기)

 

 

Bus Types

• Processor-Memory buses
  • Short, high speed
  • 디자인이 memory 구성과 일치한다.
• I/O buses
  
  • 더 길고, 다중 연결이 가능하다.
  • 조금 느려도 low power?
  • interoperability(상호운용성) 표준에 의해 지정됨
  • bridge를 통해 processor-memory bus에 연결

 

Bus Signals and Synchronization

• Data lines
  • address와 data를 전달
  • Multiplexed 혹은 separate
• Control lines
  
  • 데이터 타입을 명시, 트랜잭션 동기화
• Synchronous
  
  • bus clock을 사용
• Asynchronous
  • Uses request/acknowledge control lines for handshaking
  • handshaking에 대한 request(요청)/acknowlege(응답) control lines 사용

 

I/O Bus Examples

..

 

Typical x86 PC I/O System

north bridge를 통해서 high speed IO가 연결 되고

south bridge를 통해서 low speed IO가 연결된다.

 

AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)

ARM

지금은 AXI로 변하였음 - network

• master가 여러개가 붙어 있음(core와 같은 것들)

 

I/O Management

• OS(대부분 OS 가 handling)에 의해 I/O가 매개됩니다
  • 여러 프로그램이 I/O 리소스를 공유함
    
    • protection 및 scheduling 필요
  • I/O로 인해 asynchronous interrupts가 발생
    • IO controller가 요청
    • exceptions과 같은 메커니즘
  • I/O programming is fiddly(어렵다, 이상하다)
    
    • I/O의 낮은 수준의 제어는 복잡하고 상세하다
    • OS는 프로그램에 추상화(abstractions)를 제공한다.
    • IO controller가 수십개 수백개가 되는 경우가 있는데 이것들에 대해 잘 알아야 프로그래밍을 잘 짤 수 있다.
  • 그래서 IO 설계 logic은 설계자 외에 모른다.
    • 그래서 보통 드라이버 소스를 만들어서 제공해 주고 사용자가 실행하여 사용한다.

 

I/O Commands

• I/O 장치는 I/O 컨트롤러 하드웨어에 의해 관리된다
  
  • 장치로/로부터 데이터 전송
  • software와 작업 동기화
• I/O registers (I/O port addresses)
  • Command registers (control)
    • 장치로 하여금 무언가를 하게 한다
  • Status registers
    • 장치가 수행 중인 작업 및 오류 발생을 나타낸다
  • Data registers
    • Write: 장치로 데이터 전송
    • Read: 장치에서 데이터 전송

 

I/O Register Mapping

몇 번지부터 몇 번지 까지 I/O를 쓸 것인가

• Memory mapped I/O
  • 레지스터는 메모리와 동일한 공간에서 처리된다:
    • 동일한 load/store instruction 사용 (lw/sw 사용)
  • Address decoder는 이들을 구별함
  • OS는 주소 변환 메커니즘을 사용하여 커널에만 액세스할 수 있도록 한다
  • RISC
• Isolated I/O (or separated I/O or I/O mapped)
  • Memory와 I/O address 공간이 분리되어 있음
  • I/O registers에 접근하기 위한 Special instructions (e.g. in, out)
  • 분리된 control signal (e.g. MEM/IO)
  • kernel mode만 실행 가능
  • Example: x86

 

Memory-mapped I/O hardware

• Address Decoder:
  • 주소를 확인하여 프로세서와 통신하는 장치/메모리를 확인한다
• I/O Registers:
  • I/O 장치에 기록된 값 유지
• ReadData Multiplexer:
  • 메모리와 I/O 장치 중에서 프로세서로 전송되는 데이터 소스로 선택합니다

 

Memory-mapped I/O code

• I/O 장치 1에 주소 0xFFFF4가 할당되었다고 가정
  
  • 값 42를 I/O 장치 1에 기록
  • I/O Device 1에서 값을 읽고 $t3로 표시

memory의 address에 따라 진짜 memory에 접근 하는 것일 수도 있고 IO에 접근하는 것일 수도 있다.

• 이와 다르게 Isolated의 경우 out or in 과 같은 명령어가 별도로 존재함.

 

Communication of I/O devices and Processor

CPU와 IO간 어떤 방식으로 통신하는가?

IO는 memory와 다르게 IO device마다 속도가 다르기 때문에 memory처럼 일관적인 속도로 주고 받을 수 없다.

• Polling
  
  • 주기적으로 IO status register를 check한다.(IO가 준비가 됐나... 하고 계속 체크하는 것)
    • device가 준비되면 작동 하고
    • error이면 행동을 취한다.
  • 소규모 또는 저성능 실시간 임베디드 시스템에서 공통적으로 사용 가능
    
    • 예측가능시기
    • 하드웨어 비용 절감
  • CPU가 하루종일 그것에만 낭비하면 손해임 그래서 나온게 Interrupt-driven I/O
    • 물론 목적이 하나인 임베디드라면 상관이 없겠지만... 범용 컴퓨터에선 중요함
• Interrupt-driven I/O (중요)
  
  • I/O 장치 문제 및 서비스 요청을 위한 interrupt 
  • 더 효율적임 - CPU가 할일이 많고 Interrupt 걸 수 있는 I/O가 많을 때 효율적이다.
    • 하지만 냉장고와 같은 장치는 할 일이 딱히 없기 때문에 굳이 이런 기능이 없어도 되는 것이다.

 

Polling example

• For input device

준비(loop)하다가 input, LSB가 준비 됐는지를 알려주기 때문에 그것을 계속 확인해서 1이면 즉, 준비 됐으면 s2에 read한다.

• For output device

 

 

Example (PIC 32 microcontroller)

Bus Matrix는 interconnection network로 되어 있으니까 여러개가 한 꺼번에도 가능

• 동시에 access 가능

 

PIC32 MX675F521H block diagram

MIPS controller

 

Example (keyborad control)

• Example (note that this is not MIPS)

 

Example (PIC32 GPIO; Gernal Purpose IO)

여러 기능의 IO가 있어서 여러 개를 control 가능하다. -> 일부는 output으로 일부는 input으로

• (ex) 4개의 스위치를 읽고 해당하는 하단 4개의 LED를 켠다.
  • TRIS(control) register는 input(1) and output(0)을 결정한다.
  • PORT(data reg) register: input 혹은 output으로 driven된 값
  • 핀 RD[11:8]를 조사하고 RD[3:0]에 다시 write.

// C Code
#include <p3xxxx.h>
int main(void) {
    int switches;
    //1111 111100000000
    TRISD = 0xFF00; // RD[7:0] outputs ; control register 0이면 output,1이면 input
    // RD[11:8] inputs
    while (1) {
        // read & mask switches, RD[11:8]
        switches = (PORTD >> 8) & 0xF; // read(1111)한 결과를 읽기 위해
        PORTD = switches; // display on LEDs ; write
    }
}