CPU(Central Processing Unit)
개념 및 역사
CPU는 중앙 처리 장치 의 약자로 PC의 중앙에서 모든 데이트를 처리하는 장치라는 뜻이다.
CPU는 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 것으로서, 사용자로부터 입력 받은 명령어를 해석, 연산한 후 그 결과를 출력하는 역할을 한다. 하나의 부품에 연산 장치, 해독 장치, 제어 장치 등이 집적되어 있는 형태를 일컬어 ‘마이크로프로세서’라고 한다.
CPU의 역사는 1946년 펜실베니아 대학교의 에드워드 콕스와 존 모클리에서 시작되었다. ENIAC이라고 불리는 최초의 컴퓨터 중 하나를 만들었다. ENIAC은 거대한 기계였으며 수천 개의 진공관으로 만들어졌다. 진공관은 전기 신호를 제어하는 작은 밸브다. 진공관이 많을수록 ENIAC이 더 강력해졌다.
1950년대에 트랜지스터가 개발되었다. 트랜지스터는 진공관보다 작고 효율적인 새로운 유형의 스위치입니다. 트랜지스터의 개발로 컴퓨터가 작고 저렴해질 수 있었다.
1960년대에 마이크로프로세서가 개발되었다. 마이크로프로세서는 일련의 트랜지스터로 구성된 집적 회로다. 마이크로프로세서의 개발로 컴퓨터가 훨씬 빠르고 강력해질 수 있었다.
오늘날 CPU는 컴퓨터의 가장 중요한 부분입니다. 컴퓨터의 모든 작업을 수행하고 컴퓨터가 작동하게 합니다. CPU는 끊임없이 발전하고 있으며 점점 더 강력해지고 있다.
인텔과 AMD는 세계에서 가장 큰 두 개의 CPU 제조업체입니다. 인텔은 1968년 설립되었으며 펜실베니아 주 컴벌랜드에 본사가 있다. AMD는 1969년 설립되었으며 캘리포니아 주 새너제이에 본사가 있다.
CPU 제조업체는 인텔과 AMD는 세계에서 가장 큰 두 개의 CPU 제조업체다. 인텔은 1968년 설립되었으며, AMD는 1969년 설립되었다.
인텔과 AMD는 모두 다양한 CPU를 생산한다. 인텔과 AMD의 CPU는 모두 고유한 장단점이 있다. 인텔의 CPU는 일반적으로 AMD의 CPU보다 빠르지만 AMD의 CPU는 일반적으로 인텔의 CPU보다 저렴하다.
CPU는 수십억 개의 트랜지스터로 구성되어 있으며, 이 트랜지스터들은 컴퓨터의 모든 명령을 수행하는 데 사용된다. 성능은 클럭 속도, 코어 수, 캐시 메모리 용량, 제조 공정 등 여러 요인에 의해 결정된다.
중앙 처리 장치의 성능은 클럭속도와 코어의 개수로 결정이 된다.
기본 구성은 CPU에서 처리할 명령어를 저장하는 역할을 하는 프로세서 레지스터, 비교, 판단, 연산을 담당하는 산술논리연산장치(ALU), 명령어의 해석과 올바른 실행을 위하여 CPU를 내부적으로 제어하는 제어부와 내부 버스 등이 있다.
CPU의 내장회로는 CPU가 수행할 수 있는 기본적인 연산들의 집합인 '명령어 집합'으로 이루어져있다.
예를 들면 두 개의 숫자에 대한 가감연산 혹은 비교연산 같은 것이 있다. 각각의 기본 연산은 옵코드(opcode)라고 불리는 특정한 비트의 조합으로 나타내진다.
모든 명령어의 실제 수학적인 연산은 CPU 내부의 산술논리장치(ALU, arithmetic logic unit)이라는 조합논리회로에서 담당한다. CPU는 대부분 산술논리장치가 연산을 수행하기 위한 명령어를 메모리로부터 불러오고, 연산의 결과값을 저장하는 일을 한다. 메모리로부터 데이터를 불러오는 연산의 명령어 집합의 종류와 동작은 확연한 차이를 보인다.
클럭
CPU에서 클럭이라고 하는 수치는 중앙 처리 장치 내부에서 일정한 주파수를 가지는 신호로 이 신호에 동기화되어서 중앙 처리 장치의 모든 명령어가 동작되게 된다. 예를 들어, 클럭 수가 3.0GHz이면 초당 30억 번의 명령어 처리를 할 수 있다는 말이다. 따라서 클럭 주파수가 빠를수록 제한된 시간에 더 많은 명령을 처리할 수 있기에 더 좋은 성능이라고 할 수 있다.
코어
코어의 개수로도 성능의 차이가 난다. 코어는 중앙 처리 장치의 역할을 하는 블록으로 예전에는 한 개의 칩 안에는 한 개의 코어의 구조를 가진 싱글코어가 다수였지만 최근에는 한 개의 칩 안에 여러 개의 코어를 가지는 멀티코어 구조를 채택하고 있다.
싱글 코어
싱글 코어(Single Core)는 하나의 코어로 이루어진 CPU이다. 일반적으로 멀티 코어에 비해 경비가 싸고 프로그래밍도 간단하지만 보수 작업이나 고장의 경우에는 시스템이 완전히 멈추고 수많은 작업을 잘 분산시키지 못해 멀티 코어에 비해 처리 속도가 느리다는 단점이 있다.
멀티 코어
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. 하지만 프로그램을 작성할 때 멀티코어를 활용할 수 있도록 코딩해야 한다. 그렇지 않으면 멀티코어 CPU라도 멀티코어를 활용 못할 수 있다.
계보
INTEL
8086/8088 (1978)
80286 (1982)
80386 (1985)
80486 (1989)
Pentium (1993)
Pentium Pro (1995)
Pentium II (1997)
Pentium III (1999)
Pentium 4 (2000)
Core 2 Duo (2006)
Core i3 (2008)
Core i5 (2009)
Core i7 (2009)
Core i9 (2017)
AMD
Am386 (1991)
Am486 (1993)
Duron (1999)
Athlon (2000)
Athlon 64 (2003)
Opteron (2003)
Phenom (2007)
Ryzen (2017)
현재 인텔 12세대, 13세대 프로세서는 LGA1700 기반이며, AMD 5000, 7000시리즈 프로세서는 AM4, AM5 소켓을 기반으로 한다. 인텔은 13세대 랩터레이크 최대 24코어32스레드, AMD는 라파엘 16코어 32스레드가 유통이 되고 있으며, 그 이상의 스펙은 나와있으나, 국내 유통은 현재 재고문제로 수급되지 않고있다.