[컴퓨터 구조] 버스(Bus)

1. Bus

앞서 CPU와 메모리, I/O 장치 3가지의 요소에 대해 정리해보았다. 이제 이들의 "연결고리" BUS에 대하여 알아보자. 버스는 크게 데이터 버스, 주소 버스, 제어 버스로 나누어진다. 

 

데이터 버스

데이터 버스는 시스템 모듈들 간의 데이터 이동 경로를 제공한다. 주로 32, 64, 128 또는 그 이상의 분리된 선들로 구성되어 있으며 선의 수는 한 번에 전송할수 있는 비트 수를 결정지어 주는데 이것은 CPU가 수용할 수 있는 데이터의 크기, Word와 밀접한 관계가 있다.

주소 버스

주소 버스는 데이터의 근원지나 목적지의 일정한 메모리 주소를 전달하는 버스이다. 

주소 버스의 폭은 최대 기억장치의 용량을 결정지어 주는데 32개의 주소 버스를 지닌 컴퓨터 시스템은 2^32개의 메모리 위치를 할당할 수 있다. 또한 I/O포트를 지정하기 위해서도 사용되어진다.

제어 버스

제어 버스는 데이터 버스와 주소 버스를 제어하기위해 사용되어 진다. 데이터 버스와 주소 버스는 공유하는 선들의 집합이므로 이들을 제어하는 수단이 반드시 필요하기 때문에 사용한다. 

2. 동기식 버스 vs 비동기식 버스

동기식 버스

동기식 버스는 정해진 시간에 데이터를 전송하는 방법이다. 이 때 시간은 버스가 가지고 있는 Clock을 기준으로 하며 빠르고 인터페이스 논리회로가 간단하다는 장점이 있지만 느린 장비도 이 Clock에 맞춰야 한다는 점에서 시간 낭비가 발생할 수 있다. 

비동기식 버스

비동기식 버스는 동기식 버스와 달리 시간을 따로 정하지 않는다. 단지 서로 데이터를 주고 받을 준비가 되어있는지 확인하는 핸드쉐이킹 프로토콜을 사용하여 수신측에서 준비가 되었으면 바로 전송을 하는 방식이다.

장점은 따로 정해진 시간이 없기 때문에 시간 낭비가 적다는 점이고 단점은 회로 구성이 복잡하고 핸드쉐이킹하는 과정이 필요해서 속도도 동기식에 비해 느리다.

3. PCIe

버스의 특징이 공용 선이라는 것인데 이 특징덕분에 한 쪽이 데이터 선을 점령하면 다른 쪽에서는 신호 중첩을 유발 시킬수 있어서 사용을 하면 안된다. 이 점을 보완하기 위해 점대점 상호연결방식이 등장하였다.

QPI(Quick Path Interconnect)

다른 구성요소와 직접연결하는 점대점 상호방식중 하나로 레이어로 구성된 프로토콜 구조이므로 물리적으로 연결되어 있는 부분부터 오류의 존재 여부를 점검하는 등 각각의 레이어에서 하는 일을 구분되어 있다. 고속, 고효율의 패킷 기반의 전송방식을 사용하며 인텔의 i7 데스크톱 프로세서 이후로 사용되어지는 방식이다.

PCIe(Peripheral Component Interconnect Express)

버스를 1대 1로 연결해서 택시로 만들어 버렸다. 높은 용량덕분에 기가이더넷과 같은 빠른 데이터 속도의 I/O 디바이스를 지원하는데 사용되어지며 각각의 버스마다  독립적인 데이터 흐름을 제공하여 많이 사용되어진다. 또한 핀수가 적고 물리적 면적이 작으며 상세한 오류검출 및 보고구조 등의 장점을 가지고 있다.

최근엔 I/O 가상화도 지원한다.