컴퓨터 구조론 5판 7장 연습 문제 정답

7.1 진동수는 물체가 단위시간 동안 진동하는 횟수를 의미하며 1Hz는 1초동안 물체가 1번 진동하는 것을 의미한다. 따라서, 시스템 버스의 대역폭 = 버스 클록 × 데이터 버스의 폭 = 300MHz × 64bit = 300MHz × 8Byte = 2.4GByte/sec

 

7.2 동기식 버스는 인터페이스 회로가 간단하다. 
비동기식 버스는 각 버스 동작이 완료되는 즉시, 연관된 다음 동작이 발생되므로 동기식 버스에서와 같이 낭비되는 시간이 없다.

 

7.3 병렬 중재 방식은 각 버스 마스터들이 독립적인 버스 요구 신호와 버스 승인 신호를 가지고 있어 직렬 중재 방식보다 버스 마스터들이 버스를 균등하게 사용할 수 있도록 해준다.
직렬 중재 방식은 요구 및 승인 신호 선이 각각 한 개씩만 있어 하드웨어 구현이 간단하다.

7.4 중앙집중식 중재 방식은 버스 중재기가 한 개만 존재하기 때문에 하드웨어 모듈을 구현하는데 비용이 적게 든다.분산식 중재 방식은 중앙집중식 중재 방식보다 하드웨어 모듈 구현이 간단하다.

 

7.5 

(1) 

 

(2) 

 

(3) BBUSY 신호가 없다면 버스 마스터 1이 사용 허가를 받아 버스 사용을 하게 되어 현재 버스를 사용 중인 버스 마스터 3과 충돌이 일어난다.

7.6 첫 번째 방법은 중재 동작이 끝날 때마다 모든 마스터들의 우선순위가 한 단계씩 낮아지고 가장 우선순위가 낮았던 마스터가 최상위 우선순위를 가지도록 하는 방법이 있다. 이 방법은 모든 마스터가 버스를 균일하게 사용할 수 있으나 동일한 마스터가 버스를 한 번 더 사용하기 위해서는 모든 마스터가 버스를 사용하여 최상위 우선순위가 될 때까지 기다려야 한다.

두 번째 방법은 일단 버스 사용 승인을 받은 마스터는 최하위 우선순위를 가지며 바로 다음에 위치한 마스터가 최상위 우선순위를 가지도록 하는 방법이 있다. 이 방법은 동일한 마스터가 버스를 한 번 더 사용하고자 할 때 우선순위가 더 높은 마스터가 버스를 사용을 요구하지 않으면 다시 버스를 사용할 수 있으나 빈번히 사용하지 않은 버스 마스터들은 빈번히 사용하는 버스 마스터들에 비해 기아 현상이 발생한다.

따라서 버스를 빈번히 사용하는 버스 마스터가 존재하는 경우에는 모든 마스터가 버스를 사용할 때까지 기다리는 첫 번째 방법보다 두 번째 방법이 더 효율적이다.

 

7.7 

(1) 분리형 I/O 방식에서는 I/O 장치들의 주소 공간이 기억장치 주소 공간과는 별도로 할당된다. 따라서 주소 버스가 12비트이므로 최대 2^12 = 4096개의 I/O장치들에 접속할 수 있다.

 

(2) 기억장치-사상 I/O 방식에서는 I/O 제어기 내의 레지스터들을 기억장치 내의 기억 장소들과 동일하게 취급하고, 레지스터들의 주소도 기억장치 주소 영역의 일부분을 할당한다. 따라서 주소 버스가 12비트이므로 그 절반인 2^11 = 2048개의 I/O장치들에 접속할 수 있다.

 

7.8 기억장치-사상 I/O 방식은 기억장치와 I/O 레지스터들을 액세스할 때 동일한 기계 명령어들을 사용할 수 있으나 I/O 레지스터들에 대한 주소로서 기억장치 주소 공간의 일부를 할당하기 때문에 기억장치를 위한 주소 공간이 그만큼 감소하게 된다.
 분리형 I/O 방식은 I/O 장치들의 주소 공간이 기억장치 주소 공간과는 별도로 할당되어 기억장치-사상 I/O 방식에 비해 기억장치의 주소 공간이 더 크지만 I/O 레지스터들을 액세스할 때는 반드시 별도의 명령어들인 I/O 전용 명령어들을 사용해야 한다.

 

7.9

(1) 신호 선이 적은 소프트웨어 폴링 방식이 하드웨어가 가장 간단한 방식이다.

 

(2) CPU가 인터럽트를 요구한 장치를 찾을 때까지 검사 과정을 모든 제어기에 대해 차례대로 수행하는데 검사하는 순서가 I/O 장치들의 우선순위를 나타내는 소프트웨어 폴링 방식이 우선순위를 쉽게 변경할 수 있는 방식이다.

 

(3) 각 I/O 장치가 별도의 인터럽트 선을 가지고 있기 때문에 CPU가 인터럽트를 요구한 장치를 쉽게 찾아낼 수 있는 다중-인터럽트 방식이 처리속도가 가장 빠르다.

 

7.10 I/O 제어기의 우선순위가 정해져 있어서 우선순위가 높은 I/O 장치들이 계속해서 서비스를 요구하는 경우 우선순위가 낮은 장치들은 매우 오랫동안 기다리는 기근 현상이 발생한다.

 

7.11 DMA 동작은 주기억장치와 I/O 제어기 사이에 데이터를 한 번에 한 개씩 전송시키는데, 그 때마다 시스템 버스를 두 번씩 사용하여 시스템 버스가 너무 많이 사용되기 때문에 전체 시스템 성능이 저하된다.

 

7.12 

(1) I/O 장치들은 종류와 속도가 다양하고 제어 방법도 복잡하기 때문에, 간단한 구조를 가진 DMA 제어기로 지원하는 데는 한계가 있으며, 디스크 쓰기 혹은 읽기 동작의 경우에는 데이터 블록의 크기가 512바이트 이상이기 때문에 그 데이터들을 버퍼링 하기 위한 내부 기억장치가 필요하다.

 

(2) I/O 장치들의 유형에 맞는 회로들이 추가되어야 하기 때문에 DMA 제어기가 더욱 복잡해진다.