컴퓨터에서 가장 중요한 부분을 하나만 선택해야 한다면 CPU(중앙 처리 장치)가 될 것입니다. 이것은 기본 허브(또는 “두뇌”)이며 PC의 프로그램, 운영 체제 또는 기타 구성 요소에서 오는 지침을 처리합니다.
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1과 0
더 강력한 CPU 덕분에 우리는 컴퓨터 화면에 이미지를 간신히 표시할 수 있는 수준에서 Netflix, 화상 채팅, 스트리밍 및 점점 더 생생한 비디오 게임으로 뛰어올랐습니다.
CPU는 엔지니어링의 경이로움이지만 그 핵심은 여전히 이진 신호(1과 0)를 해석하는 기본 개념에 의존합니다. 차이점은 펀치 카드를 읽거나 진공관 세트로 지침을 처리하는 대신 최신 CPU가 작은 트랜지스터를 사용하여 TikTok 비디오를 만들거나 스프레드시트에 숫자를 채운다는 것입니다.
CPU의 기본
CPU 제조는 복잡합니다. 중요한 점은 각 CPU에 수십억 개의 미세한 트랜지스터가 들어 있는 실리콘(한 조각 또는 여러 개)이 있다는 것입니다.
앞서 언급했듯이 이 트랜지스터는 일련의 전기 신호(전류 “켜짐” 및 전류 “꺼짐”)를 사용하여 1과 0으로 구성된 기계 이진 코드를 나타냅니다. 이러한 트랜지스터가 너무 많기 때문에 CPU는 이전보다 더 빠른 속도로 점점 더 복잡한 작업을 수행할 수 있습니다.
트랜지스터 수가 반드시 CPU가 더 빠를 것이라는 의미는 아닙니다. 그러나 주머니에 넣고 다니는 전화기가 아마도 지구 전체가 우리는 처음으로 달에 갔다.
CPU의 개념적 사다리를 더 올라가기 전에 CPU가 “명령어 세트”라고 하는 기계어를 기반으로 명령을 수행하는 방법에 대해 이야기합시다. 다른 회사의 CPU는 다른 명령 세트를 가질 수 있지만 항상 그런 것은 아닙니다.
예를 들어 대부분의 Windows PC 및 현재 Mac 프로세서는 x86-64 명령어 세트, 인텔 CPU이든 AMD CPU이든 상관없이. 그러나 2020년 말에 출시되는 Mac에는 다른 명령어 세트를 사용하는 ARM 기반 CPU가 있습니다. ARM 프로세서를 사용하는 소수의 Windows 10 PC도 있습니다.
코어, 캐시 및 그래픽
이제 실리콘 자체를 살펴보겠습니다. 위의 다이어그램은 2014년 인텔의 CPU 아키텍처에 대해 발표한 인텔 백서에서 가져온 것입니다. 코어 i7-4770S. 이것은 하나의 프로세서가 어떻게 생겼는지 보여주는 예일 뿐입니다. 다른 프로세서는 레이아웃이 다릅니다.
이것이 4코어 프로세서임을 알 수 있습니다. CPU에 코어가 하나만 있던 시절이 있었습니다. 이제 코어가 여러 개 있으므로 명령을 훨씬 빠르게 처리합니다. 코어에는 하이퍼 스레딩 또는 동시 다중 스레딩(SMT)이라는 것이 있을 수도 있습니다. 이 경우 하나의 코어가 PC에서 두 개처럼 보입니다. 이것은 상상할 수 있듯이 처리 시간을 훨씬 더 빠르게 하는 데 도움이 됩니다.
이 다이어그램의 코어는 L3 캐시라는 것을 공유하고 있습니다. 이것은 CPU 내부의 온보드 메모리 형태입니다. CPU는 또한 각 코어에 포함된 L1 및 L2 캐시와 저수준 메모리의 한 형태인 레지스터를 가지고 있습니다. 레지스터, 캐시 및 시스템 RAM의 차이점을 이해하려면 다음을 확인하십시오. StackExchange에 대한 이 답변.
위에 표시된 CPU에는 시스템 에이전트, 메모리 컨트롤러 및 CPU로 들어오고 나가는 정보를 관리하는 실리콘의 다른 부분도 포함되어 있습니다.
마지막으로 화면에 보이는 모든 멋진 시각적 요소를 생성하는 프로세서의 온보드 그래픽이 있습니다. 모든 CPU에 자체 그래픽 기능이 있는 것은 아닙니다. 예를 들어 AMD Zen 데스크탑 CPU는 화면에 무엇이든 표시하기 위해 별도의 그래픽 카드가 필요합니다. 일부 Intel Core 데스크탑 CPU에는 온보드 그래픽도 포함되어 있지 않습니다.
마더보드의 CPU
이제 CPU 후드 아래에서 무슨 일이 일어나고 있는지 살펴보았으므로 CPU가 나머지 PC와 어떻게 통합되는지 살펴보겠습니다. CPU는 PC 마더보드의 소켓이라고 하는 곳에 있습니다.
소켓에 장착되면 컴퓨터의 다른 부분이 “버스”라는 것을 통해 CPU에 연결할 수 있습니다. 예를 들어 RAM은 자체 버스를 통해 CPU에 연결되지만 많은 PC 구성 요소는 “PCIe”라고 하는 특정 유형의 버스를 사용합니다.
각 CPU에는 사용할 수 있는 “PCIe 레인” 세트가 있습니다. 예를 들어 AMD의 Zen 2 CPU에는 CPU에 직접 연결되는 24개의 레인이 있습니다. 이 레인은 AMD의 지침에 따라 마더보드 제조업체에 의해 분할됩니다.
예를 들어, 16레인은 일반적으로 x16 그래픽 카드 슬롯에 사용됩니다. 그런 다음 M.2 SSD와 같은 하나의 고속 저장 장치와 같은 저장을 위한 4개의 레인이 있습니다. 또는 이 4개의 레인을 분할할 수도 있습니다. 2개의 레인은 M.2 SSD에 사용되고 2개는 하드 드라이브 또는 2.5인치 SSD와 같은 더 느린 SATA 드라이브에 사용할 수 있습니다.
그것은 20개 레인이고 나머지 4개는 마더보드의 통신 센터이자 트래픽 컨트롤러인 칩셋용으로 예약되어 있습니다. 그런 다음 칩셋에는 자체 버스 연결 세트가 있어 PC에 더 많은 구성 요소를 추가할 수 있습니다. 예상대로 고성능 구성 요소는 CPU에 더 직접적으로 연결됩니다.
보시다시피 CPU는 대부분의 명령 처리를 수행하며 때로는 그래픽도 작동합니다(이를 위해 만들어진 경우). 그러나 CPU가 명령을 처리하는 유일한 방법은 아닙니다. 그래픽 카드와 같은 다른 구성 요소에는 자체 온보드 처리 기능이 있습니다. 또한 GPU는 자체 처리 기능을 사용하여 CPU와 작업하고 게임을 실행하거나 기타 그래픽 집약적인 작업을 수행합니다.
가장 큰 차이점은 구성 요소 프로세서가 특정 작업을 염두에 두고 제작되었다는 것입니다. 그러나 CPU는 요구되는 모든 컴퓨팅 작업을 수행할 수 있는 범용 장치입니다. 이것이 바로 CPU가 PC 내부에서 최고로 군림하고 나머지 시스템이 작동하기 위해 CPU에 의존하는 이유입니다.