기본적인 컴퓨터 구조

기본적인 구조 요소들

가장 흔한 두 가지 컴퓨터 구조는 폰 노이만 구조와 하버드 구조다. 폰 노이만 구조는 헝가리게 미국인이며 위대한 과학자인 존 폰 노이만의 이름을 본뜬 것이고, 하버드 구조는 하버드 마크 컴퓨터의 이름을 본뜬 것이다. 위 그림을 보면 각 부분을 어떻게 조직하는지 알 수 있다.

이 두 구조의 유일한 차이는 메모리 배열 밖에 없다. 나머지가 모두 같다면 메모리에서 동시에 명령어와 데이터를 가져올 수 없기 때문에(데이터 버스와 주소 버스가 하나뿐이다.) 폰 노이만 구조가 약간 더 느리다. 하버드 구조는 동시에 명령어와 데이터를 가져올 수 있어서 좀 더 빠르지만 두번째 메모리를 처리하기 위한 버스가 더 필요하다.

프로세서 코어

위 그림의 두 구조는 모두 CPU가 하나뿐이다. 이 CPU는 ALU, 레지스터, 실행 장치(CU)의 조합이다. 1980년대에 처음 만들어진 멀티 프로세서(multiprocessor) 시스템은 단일 CPU보다 훨씬 더 좋은 성능을 얻어내기 위한 방법이다. 하지만 성능을 더 높이는 게 그렇게 쉽지는 않음이 드러났다.

여러 CPU를 활용할 수 있도록 프로그램을 병렬화(parallelized) 하는 문제는 아주 많은 수학 계산이 필요한 몇몇 경우에는 잘 작동하지만 일반적인 경우에는 풀 수 없는 문제다. 하지만 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제공하는 초기 워크스테이션(workstation)에서는 여러 프로그램을 동시에 실행할 수 있다는 점이 큰 이점이었다. 예를 들어, 초기 X 윈도우 시스템(X window System)은 자원을 너무 많이 잡아먹어서 윈도우 시스템을 처리하는 별도의 프로세서가 있으면 훨씬 더 편리했다.

반도체 회로 크기가 줄어들면서 비용도 낮아졌다. 반도체 칩은 실리콘 웨이퍼 위에 만들어지므로 그 위에 얹는 모든 요소를 작게 만들면 한 웨이퍼로 더 많은 칩을 생산할 수 있기 때문이다. CPU를 더 빠르게 만듦으로써 더 나은 성능을 달성할 수 있었다. 하지만 기계가 더 빨라지면 전력을 더 많이 소모하고, 회로 크기는 줄어드는데 기계가 빨라져서 전력을 더 많이 소모하게 되면서 단위 면적당 열 발생은 더 많아졌다. 2000년경 프로세서는 전력 장벽power wall에 부딪힌다. 전력 장벽은 열로 인해 회로를 이루는 물질의 녹는점 이상으로 온도가 올라가는 것을 방지하면 서 회로를 소형화 고성능화하기가 어려워졌다는 뜻이다.

사람들은 작아진 회로 크기를 활용한 새로운 해결책을 찾아냈다. CPU의 정의가 바뀌었다. 예전에 CPU라고 부르던 것을 요즘은 프로세서 코어(processor core) 라고 부른다 이런 코어가 여 럿 들어 가는 멀티코어(multicore) 프로세서가 이제는 일반적으로 쓰인다. 심지어 데이터 센터 등에는 멀티 코어 프로세서가 많이 들어간 시스템도 있다.

마이크로프로세서(microprocessor)

메모리와 I/O가 프로세서 코어와 같은 패키지에 들어있지 않으면 이런 프로세서를 마이크로프로세서(microprocessor) 라고 부른다.

마이크로 컴퓨터(microcomputer), 마이크로 컨트롤러(microcontroller)

반면 모든 요소를 한 침안에 패키징하면 마이크로컴퓨터(microcomputer) 라고 부른다.

칩 안에서 메모리가 차지하는 영역이 크기 때문에 일반적으로 마이크로프로세서가 마이크로컴퓨터보다 강력하다. 마이크로컴퓨터는 메모리 문제가 그리 많지 않다.