중앙 처리 장치

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세라믹 PGA인텔 80486DX2 마이크로프로세서

중앙 처리 장치(中央處理裝置, 문화어: 중앙처리소자) 또는 CPU(central processing unit)는 소프트웨어 명령의 실행이 이루어지는 컴퓨터의 부분, 혹은 그 기능을 내장한 을 말한다. 컴퓨터 안의 중앙 처리 장치(CPU)는 외부에서 정보를 입력 받고, 기억하고, 컴퓨터 프로그램의 명령어를 해석하여 연산하고, 외부로 출력하는 역할을 한다. 따라서 중앙 처리 장치(CPU) 는 컴퓨터 부품과 정보를 교환하면서 컴퓨터 시스템 전체를 제어하는 장치로, 모든 컴퓨터의 작동과정이 중앙 처리 장치(CPU)의 제어를 받기 때문에 컴퓨터의 두뇌에 해당한다고 할 수 있다. 실제의 CPU 칩엔 실행 부분뿐만 아니라 캐시 등의 부가 장치가 통합된 경우가 많다.

CPU는 기계어로 쓰인 컴퓨터 프로그램명령어를 해석하여 실행한다. CPU는 프로그램에 따라 외부에서 정보를 입력하고, 기억하고, 연산하고, 외부로 출력한다. CPU는 컴퓨터 부품과 정보를 교환하면서 컴퓨터 전체의 동작을 제어한다.

기본 구성으로는 CPU에서 처리할 명령어를 저장하는 역할을 하는 프로세서 레지스터, 비교, 판단, 연산을 담당하는 산술논리연산장치(ALU), 명령어의 해석과 올바른 실행을 위하여 CPU를 내부적으로 제어하는 제어부(control unit)과 내부 버스 등이 있다.

각종 전자 부품과 반도체 칩을 하나의 작은 칩에 내장한 전자 부품을 마이크로프로세서라고 한다. 마이크로프로세서는 전기 밥통에 쓰이는 낮은 성능의 제품부터 컴퓨터에 쓰이는 높은 성능의 제품까지 매우 다양하다. 마이크로프로세서들 가운데 가장 복잡하고 성능이 높은 제품은 컴퓨터의 연산 장치로 쓰인다. 이것을 중앙 처리 장치라고 한다.

역사[편집]

'고정된-프로그램 컴퓨터' 라고 불리는 ENIAC같은 컴퓨터는 다른 종류의 작업을 하기 위해 전선을 재 배열 하는 과정이 필요했다. "CPU" 라는 용어가 소프트웨어의 실행을 위한 장치로 불리게 된 이래로, CPU라고 불릴 수 있는 장치의 출현은 프로그램 내장 방식의 컴퓨터의 출현 덕분이었다.

프로그램 내장 방식의 컴퓨터는 J.Presper Eckrt 와 John Willian Mauchly's 의 ENIAC 설계에도 이미 어느 정도 드러나 있다. 하지만 ENIAC을 빨리 제작하기 위해서 생략되었다. ENIAC 이 만들어지기 전인 1945년 6월 30일 수학자 폰 노이만은 'EDVAC 초안에 대한 보고' 라는 논문을 발표했다. 이것은 프로그램 내장 방식 컴퓨터의 개요로써 1949년에 완전히 정립되었다. EDVAC은 일정한 수의 다양한 작업을 수행하기 위해 고안되었다. 확실한 것은, EDVAC 프로그램은 물리적 선의 연결이 아니라 빠른 속도의 컴퓨터 메모리에 저장된다는 것이다. 이것은 새로운 작업을 수행하기 위해서는 상당한 시간과 노력이 필요한 ENIAC의 한계를 이겨내는 데 도움을 주었다. 폰 노이만의 디자인은 소프트웨어(프로그램)을 단순히 메모리에 있는 내용을 바꾸는 것 만으로 손쉽게 실행할 수 있게 만들어 주었다. 하지만 EDVAC은 최초의 프로그램 내장방식 컴퓨터는 아니었다. 맨체스터 대학교의 SSEM(Small-Scale Experimental Machine)과 마크 1 은 프로그램 내장 방식 컴퓨터의 초기 버전이다.

설계와 구현[편집]

모든 명령어의 실제 수학적인 연산은 CPU 내부의 ALU(Arithmetic logic unit)이라는 장치에서 담당한다. 많은 CPU 설계에서 메모리로부터 데이터를 불러오는 연산의 명령어 집합의 종류와 동작은 확연한 차이를 보인다.


싱글 코어[편집]

싱글 코어는 하나의 코어로 이루어진 CPU이다. 일반적으로 멀티 코어에 비해 경비가 싸고 프로그래밍도 간단하지만 보수 작업이나 고장의 경우에는 시스템이 완전히 멈추고 멀티 코어에 비해 처리 속도가 느리다는 단점이 있다.

멀티 코어[편집]

최근에 나오는 중앙 처리 장치의 성능은 크게 클록(Clock) 속도와 코어 수로 결정된다. CPU에서 클록이라고 하는 수치는 중앙 처리 장치 내부에서 일정한 주파수를 가지는 신호로 이 신호에 동기화되어서 중앙 처리 장치의 모든 명령어가 동작되게 된다. 예를 들어, 클록 수가 3.0GHz이면 초당 30억 번의 명령어 처리를 할 수 있다는 말이다. 따라서 클록 주파수가 빠를수록 제한된 시간에 더 많은 명령을 처리할 수 있기에 더 좋은 성능의 중앙 처리 장치라고 할 수 있다. 또, 중앙 처리 장치안의 코어의 수로도 성능의 차이가 난다. 코어는 중앙 처리 장치의 역할을 하는 블록으로 예전에는 한 개의 칩 안에는 한 개의 코어의 구조를 가졌으나, 최근에는 한 개의 칩 안에 여러 개의 코어를 가지는 구조를 채택하고 있다. 이렇게 한 개의 칩 안에 여러 개의 연산을 처리할 수 있는 장치를 병렬적으로 연결한 멀티 코어 시스템을 통하여 더 좋은 성능의 중앙 처리 장치를 얻을 수 있게 된다..

싱글 코어 및 다중 코어를 칭하는 명칭은 다음과 같다.

코어의 개수 명칭
1 싱글 코어
2 듀얼 코어
3 트리플 코어
4 쿼드 코어
6 헥사 코어
8 옥타 코어
10 데카 코어
12 도데카 코어
16 헥사 데시멀 코어

함께 보기[편집]