[컴퓨터 구조] 버스 상호연결

* 참고 교재

컴퓨터 시스템 구조론 - 예스24 (yes24.com)

컴퓨터 시스템 구조론 - 예스24

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제 (hanbit.co.kr)

[한빛미디어] 혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제

 

 

* 버스 상호연결(Bus Interconnection)

버스는 2개 혹은 그 이상의 장치들은 연결하는 통로로, 여러 개의 선(통로)들로 구성되어 있다.

각 선은 2진수(1과 0)로 표현되는 1비트의 신호를 전송할 수 있고, 여러 개의 선들로 이루어진 버스는 여러 비트로 구성된 2진수를 동시에 전송 가능하다.

예를 들어 8비트로 구성된 데이터는 8개의 버스 선을 통해 전송된다.

 

버스의 주요 특징은 '공유 전송 매체(shared transmission medium)'라는 점이다.

여러 장치들이 버스에 연결되어 있고, 어떤 한 장치가 전송한 신호를 버스에 접속된 다른 모든 장치들이 수신할 수 있다.

동일한 시간에 2개의 장치들이 신호를 전송하면 중복되어 왜곡되기 때문에, 한 번에 한 장치만 성공적으로 전송 가능하다.

 

시스템 버스(System Bus)

컴퓨터의 핵심 부품인 CPU, 메모리, I/O를 연결하는 버스로, 메인보드 내 여러 개의 버스 중 가장 중요한 버스이다.

버스 상호연결 방식

 

시스템 버스 내부 구성

시스템 버스는 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스로 구성되어 있다.

 

1. 주소 버스(Address Bus)

주소를 주고받는 통로로, 데이터 버스로 전달되는 데이터의 근원지/목적지를 지정한다. 또한 I/O 포트를 지정하기 위해 사용되기도 한다.

주소 버스의 폭은 시스템의 최대 기억 장치의 용량을 결정한다.

예를 들어 16비트의 주소 버스를 갖는 8080은 64K( 2^16 = 2^10 x 2^6 = K x 64 = 64K )의 주소 공간을 제공한다.

 

2. 데이터 버스(Data Bus)

명령어와 데이터를 주고받는 통로이다.

선의 수를 데이터 버스의 폭이라 한다. 각 선은 한 번에 한 비트만 전달할 수 있기 때문에 선의 수는 한 번에 전송 가능한 비트 수를 결정하는 중요한 요소이다.

예를 들어 데이터 버스의 폭이 8비트인데 명령어의 길이가 16비트이면, CPU는 명령어를 읽어오기 위해 기억장치를 2번 액세스해야 한다.

 

3. 제어 버스(Control Bus)

제어 신호를 주고받는 통로로, 데이터 버스와 주소 버스의 사용을 제어한다.

 

예시

위 그림은 CPU가 메모리에 값을 저장할 때의 과정이다.

먼저 데이터 버스를 통해 메모리에 저장할 값 220을 보내고, 주소 버스를 통해 저장할 주소 5번지를 보내고, 제어 버스를 통해 '메모리 쓰기'라는 제어 신호를 보낸다.

 

다중 버스(Multiple Buses) 구조

전통적인 버스 구조

 

고성능 버스 구조

고성능 버스 구조는 고속버스를 사용하여 요구율이 높은 장치들을 프로세서와 가깝게 배치한다.

 

PCI(Peripheral Component Interconnect)

주변장치 버스로서의 기능을 할 수 있는 고대역폭 프로세서-독립적 버스로, 인텔의 주도로 개발되었다.

PCI 구성 예시

 

PCIe(PCI express)

버스-기반 PCI 방식은 전송 속도가 다른 장치들의 데이터 율과 보조를 맞추지 못하여 왔다. 그에 따라, PCIe가 개발되었다.

PCIe는 PCI와 같은 버스-기반 방식을 대체하기 위한 점대점(Point-To-Point) 상호연결 방식이다.

 

 

성결대학교 정보통신공학과 컴퓨터구조 강의(2023)
Wiilliam Stallings, 「컴퓨터시스템구조론(10판)」
강민철, 「혼자 공부하는 컴퓨터구조+운영체제」

본 게시물은 위 강의 및 교재를 기반으로 정리한 글입니다.