[프로그래밍 일반] 한 권으로 읽는 컴퓨터 구조와 프로그래밍_ch6 입출력과 네트워킹

 

컴퓨터는 외부와 어떻게 상호작용 하는가

- 저수준 I/O

다양한 장치에 버튼이나 스위치가 들어가고, 컴퓨터가 버튼이나 스위치의 값을 읽기는 쉽지가 않다. 

인터럽트 요청은 컴퓨터에서 CPU를 인터럽트 하라는 요청에 사용된다.

인터럽트: CPU가 프로그램을 실행할 때, 입출력 하드웨어 등 장치에 예외 상황이 발생하여 처리가 필요한 경우, CPU에게 알려 처리할 수 있도록 하는 것

이런 인터럽트 요청은 키보드 누르기, 마우스 이동, 프린터 작업 등과 같은 작업에 필요하다. 

장치가 일시적으로 프로세서를 중지하라는 요청이 이루어지면, 컴퓨터는 장치에 자체 작업을 실행할 수 있는 시간을 줄 수 있다.



- 범용 직렬 버스

USB로 전달되는 데이터는 패킷형태로 전송된다.

패킷에는 header와 payload로 구성되어, 어디서 온 데이터인지, 어디로 갈 데이터인지, 크기는 얼마인지 등의 정보가 들어있다.

또한, 음향과 비디오를 등시성 전송(isochronous transfer)를 통해 처리할 수 있다.

모든 endpoint 는 데이터의 전송을 보장하기 위해 자신이 원하는 대역폭(bandwidth)을 설정해달라고 요청할 수 있다.

이 때 충분한 대역폭이 없으면 controller는 데이터 전송 자체를 거절할 수 있다.


ㅁ 네트워킹

- LAN(근거리 네트워크)
Local Area Network의 약자로 사용자가 포함된 지역 네트워크를 의미한다. 이더넷이라는 프로토콜을 주로 사용한다.

- WAN(광역 네트워크)
LAN과 LAN 사이를 광범위한 지역 단위로 구성하는 네트워크를 의미한다. ISP(Internet Service Provider)가 제공하는 서비스에 의해 구축된 네트워크이다.

- 네트워크의 종류
PAN(Personal Area Network) 가장 작은 규모의 네트워크
LAN(Local Area Network) 근거리 영역 네트워크
MAN(Metropolitan Area Network) 대도시 영역 네트워크
WAN(Wide Area Network) 광대역 네트워크
VAN(Value Added Network) 부가가치 통신망 정보의 축적과 제공, 통신속도와 형식의 변화, 통신경로의 선택 등 여러 종류의 정보서비스가 부가된 통신망.
ISDN(Integrated Services Digital Network) 종합정보 통신망(=BISDN) 전화, 팩스, 데이터 통신, 비디오텍스 등 통신관련 서비스를 종합하여 다루는
 통합서비스 디지털 통신망. 디지털 전송방식과 광섬유 케이블 사용.

- 데이터 교환 방식
Point to Point 교환방식 중앙컴퓨터와 터미널이 1대1로 독립적이고 직접적으로 연결. 가장 단순한 형태이다.
회선 교환방식(Circuit Switching) 중앙컴퓨터와 터미널 간에 통신 회선을 설정하여 미리 정해진 경로에 따라 데이터를 교환.
Packet 교환방식(Packet Switching) 패킷형태의 데이터를 송신측 패킷교환기에 저장하였다가 수신측의 요청으로 수신측 패킷 교환기에 전송하는 방식.
메시지 교환방식(Message Switching) 데이터의 논리적 단위를 교환. 회선교환방식의 단점을 보완 하였다. 데이터의 크기에 제한이 없고 디지털 교환에 적합.
Multi Point 방식 하나의 회선을 여러 개의 단말기로 연결한 다중 교환 방식.

ㅁ 인터넷
- TCP/IP

TCP/IP라고 알려진 인터넷 프로토콜 스위트(Internet Protocol Suite)는 인터넷과 이와 유사한 컴퓨터 네트워크 사이에서 정보를 주고받는 데 
이용되는 통신 프로토콜의 모음이다. 인터넷 프로토콜 스위트의 기본 프로토콜은 전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol: TCP)과 
인터넷 프로토콜(Internet Protocol: IP) 있다. TCP/IP는 온라인상의 안전하고 효율적인 데이터 전송의 필수 요건을 정의한다. 
TCP는 전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol)의 약자이며 한 기기에서 다른 기기로 데이터 전송하는 것을 담당한다. 
IP는 인터넷 프로토콜(Internet Protocol)의 약자이며 데이터의 조각을 최대한 빨리 대상 IP 주소로 보내는 역할을 표시한다. 

- DNS(도메인 이름 시스템)
DNS(Domain Name System)는 범국제적 단위로 웹사이트의 IP 주소와 도메인 주소를 이어주는 환경/시스템이다. 
그리고 이 안에서 부분적으로 지 역할을 하는 서버를 풀네임으로 DNS 서버라고 한다.

- 월드 와이드 웹(WWW)
인터넷에 연결된 컴퓨터를 통해 사람들이 정보를 공유할 수 있는 전 세계적인 정보 공간을 말한다. 
간단하게 웹이라고 부르는 경우가 많다. 인터넷 웹과 같은 개념으로 혼동되기도 하지만 다른 개념이다. 
인터넷은 TCP/IP를 기반으로 전 세계 컴퓨터를 연결한 네트워크이며, 웹 이외에도 다양한 서비스들이 포함되는 개념이다.

ㅁ 아날로그 처리 방법
컴퓨터는 연속적인 대상을 저장하기 위해 데이터의 샘플(sample)을 취한다. 
즉 시간이나 공간상 일정한 간격으로 값을 읽어야 한다. 저장한 데이터를 다시 영상이나 빛으로 보여주려면 샘플링 데이터를 아날로그 신호로 변환해야 한다.

- 디지털을 아날로그로 변환
DA 변환기(digital-to-analog converter, D/A, DAC 디지털을 아날로그로 바꾸는 변환기) DA 변환기로 전압을 만들어낸다.

- 아날로그를 디지털로 변환
AD 변환기(analog-to-digital converter, A/D, ADC) 값을 측정할 수 있도록 아날로그 신호의 현재 값을 흔들리지 않게 안정적으로 잡아내야 한다.(샘플을 얻는다.)


ㅁ 휴먼 인터페이스 장치
컴퓨터와 사람과의 상호 작용

- 터미널
배치 프로세싱(batch processing)

과거 종이에 특별하게 정해진 코딩 양식으로 데이터나 프로그램을 기록해 키펀치를 사용해 펀치카드를 만들고
그 펀치카드를 컴퓨터에게 읽게 해서 프로그램을 실행함.
비싸고 느리다.

- 텔레타이프(teletype)

전산타자기를 컴퓨터에 연결
전산타자기의 끝에 컴퓨터가 연결 되어 터미널(terminal)이라 불렀다.
초기의 메인프레임이나 미니컴퓨터에서 컴퓨터로 타자된 데이터를 전송하고 컴퓨터의 반응을 출력하며 명령 줄 인터페이스 역할
텔레타이프를 줄인 TTY은 여전히 터미널을 가리키는 데 사용

- 시분할(time sharing)

내가 타이핑을 하는 5초동안 다른 사용자의 프로그램을 수행하도록 전환


ㅁ 그래픽 터미널
기존 종이 터미널에서 스크린으로 전환

- CRT

브라운관 방식의 디스플레이
음극선관(cathode ray tube)라는 진공관의 유리 내부에 인광물질을 발라 여기에 전자가 부딪히면 빛이 난다.

- LCD(액정 디스플레이)

액정 고체와 액체의 성질을 동시에 가지는 물질
평상시에는 액정이 불규칙적으로 배열되어 편광판을 통과한 빛의 방향을 비틀어 수직으로 세워진 편광판을 통과하게 하지만
전류가 흐를 때는 액정의 배열이 규칙적으로 변화하여 2차 편광판에서 빛이 걸러지게 된다.
CRT 장치에 비해 공간을 덜 차지한다.
백라이트로 발광 다이오드(LED)를 사용

- OLED(유기 발광 다이오드)

전류가 흐르면 스스로 빛을 내는 유기물질을 이용
백라이트 광원을 활용해 액정과 컬러필터를 거쳐 색을 표현하는 LCD와 달리
OLED는 유기발광층에 전류를 가했을 때 이에 반응하는 빛의 3원색인 RGB 발광물질을 통해 색을 표현

- 벡터 그래픽(vector graphics)
선 혹은 벡터로 그림을 그리는 방식

- 래스터 그래픽(Raster graphics)
래스터(Raster)란, '화소'를 의미한다. 하나의 화소는 R, G, B 색을 띄고 있는 인점(Phosphor Dot)으로 구성되어 있다. 
화면에 '인'이라는 형광 물질이 입혀져 있기 때문에 인점이라고 한다. 이 3가지 인점의 밝기에 따라 화소 하나의 색상이 결정된다.