Polling, Interrupt, Handling Exception in I/O Devices

 

I/O Management
Instruction Set Completeness를 할 때 다루었던 내용
어느정도 카테고리의 Instruction이 있어야 제대로 작동할 수 있다라는 것.
ALU / Data Transfer / Control Transfer 
그 중 Data Transfer에서 IO와 Processor 간 연결할 수 있는 Instruction이 존재한다고 언급을 했었다.
Memory Mapped I/O가 
메모리와 CPU 사이의 lw, sw를 이용하되 메모리의 공간 일부를 IO 장치에 할당해서 마치 메모리와 CPU 사이에 IO가 왔다갔다 하는 것 처럼 사용하겠다라는 것이 된다.

 

 

Memory-Mapped IO
메모리의 일부를 사용하지 않고 IO에 배정을 해놓았다. 

메모리 이 부분을 load 한다는 것이 IO Device로부터 데이터를 읽겠다라는 것이 된다. 이 상태를 알려주는 래지스터가 있다. MIPS와 같은 곳에서 주로 사용하는 방법이고 많은 CPU에서 이와 같은 방법을 사용한다.

 

 

OS는 IO 가 어떤 일을 하고 끝냈음을 알려주는 것을 알아야 한다.
IO 장치는 그것을 해결할 만한 능력이 없기 때문에 IO의 변화를 Processor 가 인식할 필요가 있다.
Polling
CPU가 IO 장치가 어떤 상태인지 확인을 하는 것. IO 장치가 어떤 일을 할 것인가를 주기적으로 변화를 확인하는 것을 말한다.
Device -> IO (방향성)
Interrupt
어떤 변화가 일어나면 IO가 CPU한테 알려주는 것을 말한다.
IO -> Device (방향성)

 

 

Polling: Programmed IO
CPU가 IO Device 안에 있는 래지스터(IOC)를 주기적으로 체크한다.
Processor가 모든 것을 Controll하기 때문에 편리하지만 이곳에 주기적으로 확인을 해야하기 때문에 시간이 많이 소요된다라는 단점이 있다. CPU가 굉장히 자주 확인을 해야 한다.

 

Processor Checks Status before Acting
Control Register
써도 좋다, 쓰면 안됀다의 상태를 알려주는 래지스터
Data Register
실제적으로 IO 장치에 대하는 Information에 해당한다.
Control Register가 0에서 1로 올라가면 읽어도 좋다라고 읽고 Processor가 진행을 하고

 

 

Spin waiting
IO Device에 변화가 없어도 계속 확인을 해야 한다는 것
Processor는 CPU에서 가장 중요한 자원이므로 Interrupt를 해야 한다.
Exception mechanism 을 사용해야 한다.

 

Exception and Interrupts (한꺼번에 묶어서 사용하기도 하고 구분하기도 한다.)
Unexpected events requiring change in flow of contol
CPU 안에서 일어난다. INstruction을 처리하다 보니까 opcode가 정의되지 않은것이 존재하는 경우이다.
이런 경우 CPU는 아무것도 할 수 없는 상황이 되는 데 이것을 Exception이라고 한다
Interrupt는 IO controller로부터 신호가 온 것이다. (**구분할 것**)

 

 

Interrupts
CPU의 특별한 Attention이 필요하다. 현재 Execute하고 있는 Process를 멈추고 Interrupt service routine으로 이동을 하게 된다. 예를 들어 재난 대책 메뉴얼이라고 보면 될 것이다.
CPU를 효율적으로 사용할 수 있는 것이다. 
1) 현재 상태를 저장한다.
2) Interrupt을 처리한다
3) 저장한 PC로 돌아와서 다시 동작한다.

 

 

Handling Exception
MIPS에서 Exception을 처리하기 위한 Processor가 존재한다. = Coprocessor
Exception이라는 것에는 overflow가 있을 수 있고 만약 발생하면 PC를 EPC 라는 곳에 저장을 한다. EPC는 Program counter를 저장하는 장소
어떤 Exception이 발생했는지 Cause 래지스터를 둔다. 평소에 사용하던 data Path에서 이루어진다.

 

 

IO Interrupt
Instruction Execution이 아니라 IO Execution과 관련이 있다(*****)

 

 

1) IO Interrupt , CPU가 IO 장치한테 일을 시키고 CPU는 자기 할 일을 계속 하고 있는다.
2) IO가 일을 끝내면 일을 끝냈다고 Interrupt하는 것이 IO Interrupt의 예시가 된다.
Interrupt service routine이 존재한다. 
이를 처리하기 위해서 Special Hardware가 필요하다는 단점이 있다,

 

 

IO Responsibility
CPU가 IO한테 일을 맡기고 다시 Interrupt 계속 이런 반복적인 일을 해야 하는데 DMA 라는 것을 둔다.
DMAC한테 Starting address를 Transfer하는 역할을 해준다.