[Network] 입출력과 네트워킹 1 - IO & Network

1) 저수준 I/O

• 가장 단순한 I/O 는 CPU 가 읽거나 쓸 수 있는 비트에 물건을 연결한 형태의 I/O 이다.
• 버튼, LED, 다이오드

 

2) 병렬 통신

• 병렬(Parallel) : 컴포넌트 하나하나마다 별도의 선이 있기 때문에 동시에 모든 컴포넌트를 제어할 수 있는 형태
• 스트로브(strobe) 신호 : 병렬 데이터를 조합할때 구분할 수 있도록 주는 신호

 

3) 직렬 통신

• 비트를 한 선에서 서로 다른 시간에 보내는 형태.
• 8비트를 세기 위해 카운터를 사용할 수 있고, 얻어낸 값으로 원하는 일을 하면 된다. 
• 이런 접근 방식에는 선이 1가닥이 아니라 2가닥 필요하며 오류가 발생하기도 쉽다.
• 송진자와 수진자가 서로 동기화(in sync)돼야 한다. 
• 클록을 한 번만 놓쳐도 모든 것이 뒤섞여버린다.
• 세번째 선을 추가해서 새로운 문자가 시작한다는 사실을 알려주게 할 수도 있지만, 직렬 통신에서는 선을 최소로만 사용하는게 목표이다.
• 전송할 데이터는 직렬 Protocol 을 통해 신호선 하나로 전달되며, 돌아오는 선이 하나 더 필요하다.
• half-duplex(반이중) 연결:
  송신자와 수신자가 같은 선을 공유한다. 한 쪽만 말 할 수 있고, 둘이 동시에 말하면 의미가 통하지 않는 메시지가 생긴다. ex) 무전기
• collision(충돌) : 동시에 둘 이상의 송신자가 메세지를 보내려고 시도해서 데이터가 혼신되는 경우
• full-duplex(전이중) 연결 :
  선이 2개여서 각기 다른 방향으로 동시에 통신이 가능한 경우 
• UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) :
  병렬 데이터의 형태를 직렬 방식으로 전환하여 데이터를 전송하는 컴퓨터 하드웨어의 일종

 

 

wave

4) 파동에 올라타라

• 우주에는 다양한 파장이 가득 차 있다. 바다에는 파도가 있고, 음파나 전자기파(빛, 라디오파, 전파, 초단파, 극초단파 등) 등 다양한 파장들이 존재한다.
• Sine wave(사인파) :
  가장 근본적인 파장. 다른 모든 파형은 사인파를 조합해 만들 수 있다.
• Amplitude(진폭) :
  0부터 가장 높은 지점까지의 폭
• Frequency(주파수, 초당 사이클) :
  매초 같은 방향으로 0을 지나치는 횟수. 주기의 역수. 단위는 헤르츠(Hz).
• WaveLength(파장) :
  같은 방향으로 0을 지나는 연속된 두 지점 사이의 거리
• 전달하려는 신호를 바탕으로 반송파(carrier,캐리어)를 마크-스페이스 파형(waveform)처럼 변화시키는 변조(modulation)를 해야한다.
• 받는 쪽에서는 음향을 다시 마크와 스페이스로 되돌려야한다. 이를 복조(demodulation)라고 부른다.
• 변조와 복조를 수행하는 장치를 모뎀(modem)이라고 부른다.

 

5) USB

• USB (Universal Serial Bus, 범용 직렬 버스) 는 두 줄의 전력선과 여러 다른 데이터 신호에 사용하기 위한 연선(twisted pair)으로 이뤄진다.
• USB 는 모든 종단점(endpoint)를 담당하는 컨트롤러(controller)가 존재한다.
• 새로운 USB 타입 C는 선을 24개까지 사용하며 예전 병렬 포트와 선의 개수에서 별다른 차이가 없다.
• 데이터는 Packet 으로 나뉜다.
• Packet 은 header 와 payload 가 들어있다. header 는 packet 이 어디에서 왔는지, 어디로 가야하는지 등의 정보가 들어있다. 
• USB 는 음향과 비디오를 등시성 전송(isochronous transfer)을 통해 처리할 수 있다. 
• endpoint 는 데이터 전송을 보장하기 위해 자신이 원하는 bandwidth(대역폭)을 예약해달라고 요청할 수 있다. 충분한 대역폭이 없는 경우 controller 는 이런 요청을 거부할 수 있따.

 

 

 

참고

한 권으로 읽는 컴퓨터 구조와 프로그래밍 - 조너선 스타인하트 지음, 오현석 옮김

https://ko.wikipedia.org/wiki/UART

UART - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

https://en.wikipedia.org/wiki/Sine_wave

Sine wave - Wikipedia