1/37 Chapter 4: 프로세서 성능과 휴대성을 위한 하드웨어 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 세기의 가장 중요한 발명품 : 마이크로 프로세서 일상생활에 널리 사용됨 프로그램에 의한 적응성

2/ 마이크로칩, 소형화 및 기동성 전자장치의 휴대성과 기동성 (TV, 라디오, 컴퓨터, 휴대 전화기 …) 진공관에서부터 트랜지스터를 거쳐 마이크로칩까지 - 진공관 (ENIAC: 1946, 18k 개 진공관, 무게 30ton)  반도체 (semiconductor) - 트랜지스터 : on/off switch 기능의 전기적으로 제어 가능, logic gate - 집적회로 (IC:integrated circuit) 소형화의 기적 : 마이크로칩, 마이크로프로세서 및 마이크로머신 - 마이크로칩, 마이크로프로세서, 이동성

3/37 패널 4.2 작아지는 구성 성분들

4/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.3 칩 만들기

5/37 CPU(Central Processing Unit): ALU+Control Unit - 컴퓨터의 두뇌 명령어에 따라 데이터 조작 - 제어장치 시스템의 나머지 부분에 전자신호의 이동 지시 - 산술 / 논리 장치 (ALU) 계산기능과 논리기능 수행 - 성능 8 비트 / 16 비트 / 32 비트 / 64 비트 4.2 CPU 와 주 기억장치

6/37 패널 4.4 CPU 와 주 기억장치 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999

7/37 주 기억장치 - 작업저장공간 ( 메모리, RAM..) - 처리를 위하여 데이터 저장 - 데이터 처리를 위한 명령어 ( 프로그램 ) 저장 - 출력 또는 보조 기억 장치로 전송될 데이터 저장 - 휘발성 저장 장치 임시 저장 장치, 전원이 꺼지면 데이터 손실 - 주기억장치의 용량 64KB(1979 년 IBM-PC) / 128MB CPU 와 주 기억장치 ( 계속 )

8/37 레지스터 : 처리를 위한 저장 영역 - 처리를 하는 동안 일시적으로 데이터를 저장하는 고속의 저장 영역 - 주기억장치로부터 레지스터에 적재 (CPU 처리 바로 직전에 ) - 혹은 CPU 처리 과정 중에 레지스터에 저장 - 처리 속도 향상 4.2 CPU 와 주 기억장치 ( 계속 )

9/37 머신 사이클 : 명령어는 어떻게 처리되는가 - Address 사용 Address: 주기억장치 내의 위치를 가리키는 주소 - 머신 사이클 단일 프로그램 명령어를 실행하기위한 일련의 과정 - 명령어 사이클 (fetch & decode) 제어장치가 주기억장치로부터 명령어를 가져와 decode - 실행 사이클 (execute & store) 산술 / 논리장치에서 그 명령어를 실행 주 기억장치나 레지스터에 처리된 데이터 저장 4.2 CPU 와 주 기억장치 ( 계속 )

10/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.5 머신 사이클

11/37 머신 사이클 : 명령어는 어떻게 처리되는가 ( 계속 ) - 시스템 시계 (System Clock): MHz 컴퓨터 내 모든 연산의 진행 속도를 제어하는 기준시계 - 처리속도의 범주 메가헤르츠 (MHz)/ 기가헤르츠 (GHz) MIPS(Millions of Instructions Per Second) FLOPS(Floating Operations Per Second) 수분의 일초 : miliseconds, microseconds, nanoseconds 4.2 CPU 와 주 기억장치 ( 계속 )

12/ 컴퓨터에서 데이터와 명령어는 어떻게 표시되는가 이진시스템 : 두 상태를 이용해서 - 숫자 0 과 1 만을 사용 0 : 전류의 흐름이 끊긴 것 1 : 전류가 흐르는 상태 용량 표시 방법 - 비트 (bit : binary digit) / 바이트 (byte) - 킬로바이트 (KB : kilobyte) / 메가바이트 (MB : megabyte) - 기가바이트 (GB : gigabyte) / 테라바이트 (TB : terabyte)

13/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.6 이진 데이터 표시

14/37 이진 코딩 기법 (Binary coding scheme) - 문자, 숫자 및 특수문자 등은 컴퓨터시스템 내에서 이진코딩방법 에 의해서 표시 - EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) 메인프레임 컴퓨터에서 사용 - ASCII-8 (ASCII: American Standard Code for Information Interchange) 마이크로 컴퓨터에서 가장 많이 사용되는 이진 코드 (A->65) - UNICODE 각 문자에 2 바이트를 할애 65,536 개의 문자조합을 처리 4.3 컴퓨터에서 데이터와 명령어는 어떻게 표시되는가 ( 계속 )

15/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.7 두 가지 이진 코딩 기법 : EBCDIC 과 ASCII-8

16/37 패리티 비트 (Parity Bit) - 정확도 검사를 목적으로 바이트의 끝부분에 덧붙이는 여분의 비트 - 짝수 패리티 (even parity) - 홀수 패리티 (odd parity) 기계어 - 각각의 컴퓨터가 자신의 고유한 기계어를 사용 - 컴퓨터가 바로 실행할 수 있는 이진 스타일의 프로그래밍 언어 4.3 컴퓨터에서 데이터와 명령어는 어떻게 표시되는가 ( 계속 )

17/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.8 패리티 비트

18/ 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 - 전원 공급 장치 - 마더보드 - CPU 칩 - 특수 프로세서 칩 - RAM 칩 - ROM 칩 - 다른 형태의 메모리 ( 캐시, VRAM, 플래시 ) - 확장 슬롯과 보드 - 버스 라인 - 포트 - PC(PCMCIA) 슬롯과 카드

19/37 전원 공급 장치 (AC->DC) 전력보호장치 - 서지보호기 (Surge Protector) 컴퓨터가 전압 폭등 (Spike) 으로 인해 손상되는 것을 막음 - 전압조절기 컴퓨터가 전력 공급량 부족으로 인해 손상되는 것 막음 - UPS(Uninterrupted Power Supply : 무정전 전원장치 ) 서지 보호기의 역할을 하며 정전 때 컴퓨터에 전력을 공급하는 배터리로 가동되는 장치 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

20/37 마더보드 (motherboard) - 시스템 보드 - 시스템 장치의 주 회로 기판 - CPU 를 장착 - 확장 슬롯 (Expansion Slot) RAM 와 확장 보드 (expansion board) 라고 부르는 별도의 회로기판을 연결 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

21/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.9 시스템 장치와 마더보드 구성요소

22/37 CPU 칩 - Intel 타입의 칩 (AMD, Cyrix, DEC 포함 ) MS Windows 운영체제는 Intel 칩에서 작동 ex ) 8086/88,80286/386/486, 펜티엄, Alpha, Athlon - Motorola 타입의 칩 매킨토시와 이의 클론 제품에 채택 ex) 68000, 68020,68030,68040, Power PC CPU  CPU Architecture 에 따른 분류  CISC (Complex Instruction Set Computing) 많은 명령어를 지원  RISC (Reduced Instruction Set Computing) Sun, HP, DEC 의 workstation 에 탑재 쓰이지 않는 명령어 제거, 속도 증가 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

23/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.10 마이크로컴퓨터와 마이크로프로세서

24/37 How the number of transistors in Intel chips has grown. Moore’s law states that the number of transistors on a chip doubles every 18 months while price stays the same. © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.11 Moore 의 법칙 : Intel 칩의 트랜지스터 폭증

25/37 특화된 프로세서 칩 - 주 프로세서와 작업을 나누어 맡음으로 해서 시스템 속도 향상 - 연산 코프로세서 (Math Coprocessor)* 많은 수학방정식을 포함한 프로그램을 빠르게 처리 - 그래픽 코프로세서 (Graphic Coprocessor) 그래픽을 많이 포함하는 프로그램의 처리 속도 증가 복잡한 화면의 디스플레이 지원 - Serial/parallel processing - Pipelining: 명령어가 decoding 단계로 들어가면 다음 명령어를 가져옴 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

26/37 RAM 칩 (Random Access Memory) CPU 가 곧 필요로 하는 데이터와 명령어를 일시적으로 저장하는 메모리 : Main Memory SIMM(single inline memory module) DIMM(double inline memory module) - DRAM 칩 (Dynamic RAM): refresh 필요, 저가 - SRAM 칩 (Static RAM): refresh 필요 없음, 고가, 속도 빠름 - EDO RAM 칩 (Extended Data Out RAM): DRAM 이지만 SRAM 에 근접하는 기능 보임 - DDR (Double Data Rate) DRAM, Synchronous DRAM, Rambus DRAM 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

27/37 ROM 칩 (Read Only Memory) - 컴퓨터의 기본적인 동작을 제어하는 프로그램 내장 - 특수한 장비가 없이는 쓰여지거나 삭제 불가능 다른 형태의 메모리 - 캐시메모리 (Cache Memory) CPU 가 신속히 접근할 수 있는 고속 메모리 영역, CPU 내장추세 - 비디오 메모리 (Video Memory,VRAM) 모니터에 디스플레이할 영상을 저장. 용량은 속도와 색 수에 관계 - 플래시 메모리 (Flash Memory, Flash RAM) 비휘발성 ( 전기가 나가도 데이터를 기억 ) 주 기억장치 역할 및 하드 디스크 드라이브 기능 보충 / 대체 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

28/37 확장 슬롯과 보드 ( 카드 ) - 확장 슬롯 확장 카드를 끼울 수 있는 마더 보드 위의 소켓 - 확장 카드 많은 메모리를 제공하거나 주변 장치를 제어하는 회로기판 - 확장 메모리 (expanded memory) 메모리 확장 카드로 주 기억장치 용량을 확장 - 디스플레이 어댑터 다양한 종류의 컬러 비디오 디스플레이 모니터를 조정 - 제어 카드 (controller card) 다양한 주변 장치를 다룰 수 있도록 하는 회로 기판 - 코프로세서, 모뎀, 팩스, 사운드 및 네트워킹 위한 특수 회로기판 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

29/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.12 마이크로컴퓨터의 확장카드 확장카드는 마더보드의 슬롯에 꼭 들어맞는다.

30/37 버스 라인 - 전기의 통로 역할 - CPU 내에서 그리고 CPU 와 시스템 안의 다른 장치 사이에 전송 - 확장버스 RAM 과 확장 슬롯 사이에 데이터를 전송 - 지역 버스 (local bus) 확장 슬롯을 CPU 에 직접 연결하는 버스 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

31/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.13 버스 버스는 CPU 내에서 비트를 전송하거나 CPU 로부터 나온 비트를 주변장치에 연결시키는 전기적 통로이다.

32/37 포트 - 게임 포트 조이스틱이나 게임용 장치를 시스템 장치에 연결 - 병렬 포트 (parallel port) 8 비트가 동시에 전송될 수 있는 라인을 연결 - 시리얼 포트 (serial port) 비트를 한 라인으로 순차적으로 전송 - 비디오 어댑터 포트 비디오 디스플레이 모니터를 내부의 어댑터 카드에 연결 - SCSI(Small Computer System Interface) 포트 SCSI 호환 장치에 대해 고속으로 데이터를 전송하는 인터페이스를 제공. Daisy Chain 방법 사용. - 적외선 포트 적외선으로 작동하는 장치와 컴퓨터를 무선으로 연결 - USB(Universal Serial Bus): daisy chain 방식 연결 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

33/37 © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.15 두 종류의 데이지 체인.

34/37 플러그인 카드 : PC (PCMCIA) 슬롯과 카드 - 휴대용 컴퓨터를 위한 개방형의 새로운 버스표준 * 3.4 인치의 크기로 주변 장치를 포함 - 마이크로컴퓨터의 슬롯에 끼워 넣음 - 적용 신용카드크기의 모뎀, 사운드 보드, 하드 디스크 추가 메모리 및 심지어 호출기와 이동전화까지 - 네 가지 크기의 카드 4.4 마이크로 컴퓨터 시스템 장치 ( 계속 )

35/37 Not much bigger than a credit card, a PC card fits in a small slot on the side of a computer. PC cards are typically used to provide extra memory or a modem. © The McGraw-Hill Companies, Inc., 1999 패널 4.16 PC 카드.

36/ 전망 : 미래의 정보 처리 속도 앞으로 개발될 것 : 가까운 장래 (?) * 미디어 프로세서 - 멀티미디어 슈퍼 칩 : multi-media 기능 동시 처리 * 수천 MHz 의 프로세서 칩 : GHz - 갈륨비소 (GaAs) 와 실리콘 게르마늄 (SiGe) - 수십억 비트 (Giga-Byte) 의 메모리 칩 : Samsung - 페타플롭과 네트워크 스타일의 슈퍼 컴퓨터 앞으로 개발될 것 : 먼 미래 - 초전도 물질 - 광전자 - 나노테크놀러지 - 생물공학 (Bio-Computing)

37/ 컴퓨터, 구식화 및 환경 구식화 - PC 시스템의 구식화는 매 3 년 마다 - 구식화 속도 가속 에너지 소비와 “ 그린 PC” - 사용하지 않고 몇 분이 지나면 자동으로 sleep 모드로 전환 향후 개발