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컴퓨터 구조와 운영체제

입출력장치 - 장치 컨트롤러와 장치 드라이버

장치 컨트롤러

입출력장치는 다음과 같은 이유로 CPU, 메모리보다 다루기 어렵다.
- 입출력장치에는 종류가 너무 많다.
  - 다양한 입출력장치와 정보를 주고받는 방식을 규격화하기 어렵다.
- 일반적으로 CPU와 메모리의 데이터 전송률은 높지만 입출력장치의 전송률은 낮다.
  - 전송률 : 데이터를 얼마나 빨리 교환할 수 있는지를 나타내는 지표
이와 같은 이유로 입출력장치는 컴퓨터에 직접 연결되지 않고 장치 컨트롤러라는 하드웨어를 통해 연결된다.
모든 입출력장치는 각자의 장치 컨트롤러를 통해 컴퓨터 내부와 정보를 주고받고, 장치 컨트롤러는 하나 이상의 입출력장치와 연결되어 있다.
입출력장치 종류가 많아 정보 규격화가 어려웠던 문제는 장치 컨트롤러가 일종의 번역가 역할을 함으로써 해결한다. 그 과정에서 장치 컨트롤러는 자신과 연결된 입출력장치에 문제는 없는지 오류를 검출하기도 한다.
또한 장치 컨트롤러는 데이터 버퍼링이라는 기능이 있다.
- 버퍼링 : 전송률이 높은 장치와 낮은 장치 사이에 주고받는 데이터를 버퍼라는 임시 저장 공간에 저장하여 전송률을 비슷하게 맞추는 방법
즉, 버퍼링은 버퍼에 데이터를 조금씩 모았다가 한꺼번에 내보내거나 데이터를 한 번에 많이 받아 조금씩 내보내는 방법이다.
장치 컨트롤러는 일반적으로 전송률이 높은 CPU와 일반적으로 전송률이 낮은 입출력장치와의 전송률 차이를 데이터 버퍼링으로 완화한다.

장치 컨트롤러 간단 내부 구조

데이터 레지스터
- CPU와 입출력장치 사이에 주고받을 데이터가 담기는 레지스터(버퍼 역할)
- 최근에는 레지스터 대신 RAM을 사용하기도 한다.
상태 레지스터
- 입출력장치가 입출력 작업을 할 준비가 되었는지, 입출력 작업이 완료되었는지, 입출력장치에 오류는 없는지 등의 상태 정보를 저장한다.
제어 레지스터
- 입출력 장치가 수행할 내용에 대한 제어 정보와 명령을 저장한다.