컴퓨터 구조 이해하기

마이크로프로세서의 이해

컴퓨터의 구조

마이크로프로세서를 이해하기에 앞서 컴퓨터의 구조를 살펴본다. 기본적으로 우리가 눈으로 보는 컴퓨터는 본체와 모니터, 키보드, 마우스 등 으로 구성되어 있다. 여기에 유선으로 된 랜 혹은 무선으로 된 WIFI  가 있고, 프린터가 연결된다. 종종 그래픽을 하는 이들은 타블렛이라는 펜모양으로 된 마우스를 대체하는 도구를 연결해서 사용하기도 한다.

 

 

모니터는 컴퓨터에서 만들어 낸 결과를 사람이 눈으로 확인할 수 있는 출력장치다. 프린터 역시 컴퓨터에서 만들어 낸 결과를 종이에 찍어 확인할 수 있게 만들어진 출력장치다. 마우스와 키보드는 컴퓨터에 어떤 신호 혹은 값을 전달 할 수 있는 입력장치다. 

 

본체의 뚜껑을 열어보면 그 안에 보통 메인보드라고 부르는 CPU 와 RAM, 그래픽 카드 등이 함께 있는 큰 PCB 를 볼 수 있다. PCB 와 함께 전력을 공급해 주는 파워서플라이, 하드디스크(HDD) 혹은 SSD(Solid State Drive), CD-ROM 등이 들어있다.

 

 

메인보드에는 큰 팬이 붙어있다. 이 팬은 CPU 가 과열되는 것을 방지하는 역할을 한다. CPU 는 컴퓨터의 두뇌에 해당된다. 중요한 연산(계산)을 담당하는 것이 CPU 이다. 대부분의 사람들의 PC 에는 인텔 혹은 AMD에서 만들어진 CPU가 장착되어 있다. 현재 개인용 PC에 적용할 수 있는 최고사양의 CPU 는 5GHz 로 작동하는 8개의 코어를 가지고 있다. 즉, 8개의 CPU 들이 하나로 모인 것이라고 생각할 수 있다. 1GHz 라는 속도는 단순한 연산을 1초에 10억번 할수 있다는 뜻이다. 엄청나게 빠른 연산을 해야 하기 때문에 CPU 는 많은 전력을 소모한다. 열이 많이 발생하고, 그 열을 식히기 위해 다양한 방법들이 사용된다. 일반적으로는 팬을 돌려 차가운 공기로 CPU의 열을 식힌다.

 

 

 

즉, 컴퓨터는 다양한 많은 장치들이 연결되어서 작동되지만 CPU 라는 두뇌역할을 하는 중앙처리장치가 핵심이고 나머지는 보조적인 역할을 한다는 것을 알수 있다.

 

그래서 컴퓨터를 설명할 때 조금 단순화 시켜서 CPU를 의미하는 중앙처리장치, 마우스, 키보드, 모니터, 프린터 등의 입출력장치, 그리고 주기억장치와 보조기억장치로 설명한다. 주 기억 장치는 메인보드에 꼽아서 사용하는 RAM 을 의미하고 보조기억장치는 HDD, SSD 등의 장치를 의미한다.

 

핵심적인 CPU, 중앙처리장치는 산술논리연산장치(Arithmetic Logic Unit, ALU), 레지스터 및 제어회로로 구성된다. 이러한 회로들이 나뉘어 여러개의 칩(IC)에 있는 것이 아니라 하나의 칩(IC)에 함께 들어있다. 

CPU 의 레지스터는 데이터를 임시로 기억하는 장소로, 주기억장치인 RAM 과는 별도인 작은 메모리가 CPU 내부에 있고, 그것을 사용하여 빠른 연산을 가능하게 한다. 

입력장치는 키보드, 마우스, 타블렛, 스캐너, 마이크, 카메라 등이 있으며 다양한 종류의 외부 신호(음성, 영상, 문자, 숫자 등)를 0과 1로 이루어진 이진 데이터로 변환하여 CPU로 전달한다. 

CPU 는 HDD 등의 보조기억장치에 저장된 프로그램을 주기억장치인 RAM(Random Access Memory) 으로 불러들인 다음 주기억장치에 있는 프로그램을 작동시킨다. 

프로그램의 작동에 따라 입력장치의 신호들이 들어오고, 연산이 이루어진 후 사용자가 인식할 수 있는 형태로 변환되어 출력장치를 통해 나가게 된다. 출력장치는 모니터, 프린터, 플로터, 스피커 등이 있다.

보조기억장치는 데이터와 프로그램을 저장할 수 있는 HDD, SSD 등의 장치를 말합니다. 

주기억장치는 CPU가 직접 접근해서 처리할 수 있는 상대적으로 고속의 기억장치이며 프로그램과 데이터를 저장한다. 일반적으로 RAM 을 의미하지만 ROM 도 주기억장치에 포함된다. ROM 은 Read Only Memory 의 약자로 공장출하시에 한번 기록된 내용을 변경할 수 없는 메모리이다. PC의 ROM은 기본 입출력 시스템(BIOS)과 자기진단프로그램 같은 메인보드에 포함되어 운용을 위한 작은 프로그램을 담고 있다. 

RAM 은 전원이 꺼지면 내용이 모두 사라지는 휘발성 메모리로 일반적으로 주기억장치라고 부를때는 롬과 램을 의미한다.

 

마이크로프로세서(Microprocessor)는 중앙처리장치를 하나의 IC로 만들어 둔 것을 말한다. PC에서 사용하는 CPU 도 마이크로프로세서이다. 1971년 인텔에서 4비트 마이크로프로세서인 4004 를 발표하였고 이후 기술의 발전과 함께 마이크로프로세서의 사양은 비약적으로 발전해왔다. 4004가 2250 개의 트랜지스터를 사용하여 만들어졌다면 최신 CPU 에는 50억개 이상의 트랜지스터가 들어간다.