7.1 시스템 버스 (system bus)

• 컴퓨터시스템의 구성 요소들(CPU, 기억장치, I/O 장치들)을 상호 연결해주는 중심 통로

  

7.1.1 시스템 버스의 조직

• 버스(bus) : 구성 요소들간에 교환할 각종 정보들을 전송하는 선(line)들로 구성

• 버스 선의 수

  • 한 번에 전송하는 데이터 비트들의 수, 기억장치 주소 비트들의수 및 제어 신호들의 수에 따라 결정됨
  • 소형 컴퓨터 : 50 ∼ 100 개의 신호선들 사용
  • 중대형급 시스템 : 100 개 이상의 신호선들 사용

• 기능에 따른 버스의 종류

  • 데이터 버스(data bus)
    • 시스템 요소들 사이에 데이터를 전송하는 데 사용되는 선들의 집합
    • 양방향 전송(bidirectional transfer)
    • 버스 폭(선들의 수) = CPU와 기억장치 사이에 한 번에 전송되는 비트 수
  • 주소 버스(address bus)
    • CPU가 기억장치로 (또는 기억장치로부터) 데이터 쓰기 (또는 읽기) 동작을할 때, 해당 기억장소를 지정하는 주소를 전송하기 위한 선들의 집합
    • 단방향 전송(unidirectional transfer) : CPU 기억장치 및 I/O 제어기
    • 주소 버스의 비트 수에 의해 시스템에 접속될 수 있는 전체 기억장치 용량이 결정됨
    • 직접 주소지정 할 수 있는 기억장소의 단위 : 바이트(byte) 혹은 단어(word)
  • 제어 버스(control bus)
    • CPU와 기억장치 및 I/O 장치 사이에 제어 신호들을 전송하는 선들의 집합

• 주소버스의폭 ( 비트수 ) 에따른기억장치용량예

  • 주소 버스 = 16비트 인 경우
    • 주소지정 가능한 최대 기억장소들의 수 = 2^16 = 65,536(64K) 개
    • 바이트 단위 주소 지정일 경우 최대 기억장치 용량 = 64 Kbyte
  • 주소 버스 = 24비트 인 경우
    • 최대 2^24 = 16,777,216(16M) 개
    • 바이트 단위 주소 지정일 경우 최대 기억장치 용량 = 16 Mbyte

• 제어 버스

  • 기억장치 및 I/O 장치와의 데이터 교환을 위한 제어신호들
    • 기억장치 쓰기(memory write) 신호 : 버스에 실린 데이터를 주소가 지정하는 기억장소에 저장되도록 하는 제어 신호
    • 기억장치 읽기(memory read) 신호 : 주소가 지정하는 기억장소의 내용을 읽어서 버스에 실리게 하는 제어 신호
    • I/O 쓰기(I/O write) 신호 : 버스에 실린 데이터를 지정된 I/O 장치로 출력되게 하는 제어 신호
    • I/O 읽기(I/O read) 신호 : 지정된 I/O 장치로부터 데이터를 읽어서 데이터 버스에 실리게 하는 제어 신호
  • 버스 중재를 위한 제어신호들(이 신호들의 집합을 중재 버스라고도부름)
  • 인터럽트 메커니즘을 위한 제어신호들(이 신호들의 집합을 인터럽트버스라고도 부름)

• 중재 버스 (arbitration bus)

  • 버스 마스터(bus master): 시스템 버스에 접속되는 요소들 중에서 버스 사용의 주체가 되는 요소들 (예: CPU, 기억장치 모듈, I/O 제어기,등)
  • 버스중재(bus arbitration): 시스템버스에접속된두개또는그이상의 버스 마스터들이 동시에 버스를 사용하고자 할 때 순서대로 한개의 마스터씩 버스를 사용할 수 있게 해주는 동작
  • 중재 버스: 버스 중재를 위한 신호 선들의 집합
    • 버스 요구(bus request) 신호: 버스 마스터가 버스 사용을 요구했음을 알리는 신호
    • 버스 승인(bus grant) 신호 : 버스 사용을 요구한 마스터에게 사용을 허가하는 신호
    • 버스 사용중(bus busy) 신호 : 현재 버스가 사용되고 있는 중임을나타내는 신호

• 인터럽트 버스 (interrupt bus)

  • 인터럽트 메커니즘을 위한 제어 신호선들의 집합
    • 인터럽트 요구(interrupt request) 신호 : I/O 장치가 인터럽트를요구했음을 알리는 신호
    • 인터럽트 확인(interrupt acknowledge) 신호 : CPU가 인터럽트요구를 인식했음을 알리는 신호
  • 그 이외의 제어신호들
    • 버스 클록(bus clock) 신호 : 동기식 버스에서 버스 동작들의 시작시간을 일치시키기 위하여 제공되는 공통 클록 신호
    • 리셋(reset) 신호 : 모든 시스템 요소들의 동작을 초기화시키는신호

• 버스 대역폭 (bus bandwidth)

  • 버스의 속도를 나타내는 척도로서, 단위 시간당 전송할 수 있는 데이터 양을 나타내며, 버스 클록의 주기에 의해 결정

  [예] 버스 클록의 주기: 50 ns(클록 주파수: 20 MHz) 데이터 버스의 폭: 64 비트(8 바이트)

  ⇒ 버스 대역폭= 8 byte / (50 × 10 -9sec) = 160 [Mbytes/sec] (즉, 이 버스를 통하여 초당 1 억 6 천 바이트의 데이터 전송 가 능)

7.1.2 시스템 버스의 기본 동작

• 쓰기 동작(write operation) 순서

  ①버스 마스터가 버스 사용권 획득

  ②버스를 통하여 주소와 데이터 및 쓰기 신호 전송

• 읽기 동작(read operation) 순서

  ①버스 마스터가 버스 사용권 획득

  ②주소와 읽기 신호를 보내고, 데이터가 전송되어 올 때까지 대기

• 버스 동작의 타이밍에 따른 버스의 분류

  • 동기식 버스(synchronous bus) : 시스템 버스에서 모든 버스 동작들이 공통의 버스 클럭을 기준으로 발생
  • 비동기식 버스(asynchronous bus) : 버스 동작들의 발생 시간이관련된 다른 버스 동작의 발생 여부에 따라 결정

• 동기식버스와비동기식버스의시간흐름도