CPU (Central Process Unit) 2조 강장원, 유제황, 김중석

목 차 1. CPU 개괄 - CPU의 역사 - CPU의 성능 구분 2. 조립시 주의 사항 3. CPU의 가격 동향

CPU의 역사 최초의 반도체 – 트랜지스터 집적회로(IC) 최초의 마이크로 프로세서 – 4004(4비트) 8비트 프로세서 - 8008 64KB의 메모리 – 8080, 8088 PC-XT의 후속 PC-AT에 8086/80286 이후 PC관련 사업은 인텔사가 주도. PC 관련 산업 전체가 성장하면서 발전을 거듭해 80386에 이르러서는 32비트 CPU의 기본을 갖추게 된다. 80486에서는 내부에 실수 연산장치를 내장, 펜티엄에서는 내부적으로 동시에 명령어 처리가 용이하도록 개선 이후 끊임 없이 발전하여 현재에 이르게 된다.

CPU의 세부 구조

각 회사별 CPU의 모습

* CPU의 성능 구분 * CPU의 클럭주파수 CPU의 캐쉬램 CPU의 전압(볼트)

[그림] L1, L2 캐쉬램의 위치 L1 캐쉬램이 처음으로 등장한 것은 인텔사의 80486DX 칩이다. 새로운 CPU의 성능향상에 따라 더 크고 빠른 L1 캐쉬램이 장착된 CPU을 생산되고 있다. 다음은 CPU에 내장된 L1 캐쉬램 크기에 대한 표이다.

[표] CPU의 종류와 CPU 클럭 배수 CPU CPU 동작속도 클럭 배수 시스템 버스속도 비고 인텔 (Intel) 80286 12 MHz 1 16bit 처리 80386DX 25 MHz 32bit 처리 80486DX2-66 66 MHz 2 33 MHz Pentium 75 75 MHz 1.5 50 MHz 64bit 처리 Pentium 166 166 MHz 2.5 Pentium Pro 233 233 MHz 3.5 RISC칩 Pentium MMX 166 MMX 기능 내장 Celeron 300 300 MHz 4.5 Celeron "A" (Mendocino) 300 Pentium II Klamath 300 Pentium II Deschutes  a 300 Pentium II Deschutes  b 400 400 MHz 4 100 MHz Pentium II Xeon 400 AMD K5 166 인텔 Pentium에 해당 K6 200 200 MHz 3 인텔 Pentium MMX에 해당 K6-2 266 266 MHz 인텔 Pentium II 에 해당 K6-2 300 사이 릭스 (Cyrix) 6x86 P 166+ 133 MHz 인텔 Pentium 에 해당 6x86MX PR 200 MII 300

[참고] 오버클러킹 CPU는 클럭으로 속도를 평가한다고 살펴보았다. 클럭을 높이게 되면 CPU의 성능이 향상되므로 컴퓨터의 속도가 빨라진다. 그런데 CPU의 클럭이 워낙 다양하고 빠르게 발전하기 때문에 메인보드에서는 사람이 수동으로 보드에 장착한 CPU의 클럭을 점퍼로 설정하여 CPU를 인식시킨다. 그래서 실제 장착된 CPU보다 높은 클럭으로 점퍼를 설정하여 CPU 성능을 극대화하여 사용하기도 한다. 예를 들어 350Mhz 클럭의 CPU를 500Mhz로 점퍼를 설정하여 사용하는 것이다. 그렇게 되면 CPU 성능이 350이 아닌 500로 설정되므로 더욱 빠르게 사용 가능한 것이다. 이것을 오버클러킹이라고 한다.

CPU 종류 버스클럭 버스폭 펜티엄 MMX 66Mhz 64비트 펜티엄 프로 셀러론 펜티엄Ⅱ 333Mhz 이하 350Mhz 이상 100Mhz 펜티엄Ⅲ 500, 500E, 550, 550E, 600E, 650 B, EB가 들어간 모델 133Mhz

(2) CPU의 캐쉬램 CPU는 매우 빠른 속도로 데이터를 전송한다. 일반적인 램(RAM)은 그 속도를 따라가지 못한다. 그래서 캐쉬(Cache)라고 불리우는 특별한 램(RAM)이 버퍼(데이터 전송의 완급을 조절하는 저장소)와 같은 역할을 한다. CPU가 높은 실행력을 보여주기 위해서는 그것이 최소화가 되어 있어야 하고 CPU안에서의 데이터의 전송이 많으면 많을수록 실행력이 좋아진다. 캐쉬램은 클럭배수가 된 CPU에서 특별히 중요하게 되었다. 데이터를 더 빠르게 내보내고 받아들이냐에 따라 CPU의 속도가 좌우되기 때문이다. 486 CPU에서부터 2개의 캐쉬램이 책정되었는데 약어로 L1(Level 1), L2(Level 2) 캐쉬라고 한다. L1은 가장 빠른 램(RAM)으로서 CPU의 내부에 있고 L2는 작은 SRAM칩으로서 CPU 외부, 즉 메인보드에 있다. 다음은 L1과 L2에 대한 참고 그림이다.

(3) CPU 전압 CPU에는 앞에서 살펴본 바 CPU의 처리속도에 따라 성능이 우열을 가리는데 CPU에 공급되는 전압에 따라 처리속도에 영향을 미친다. CPU와 관련된 수치들 클럭주파수, 캐쉬램이 크면 클수록 성능이 좋은 것으로 나타나지만 전압의 수치는 예외다. 즉 낮으면 낮을수록 좋다는 것이다. CPU는 비교적 작은 칩으로서 아주 가는 선들로 연결되어 있기에 낮은 전압이 좋다. 공급되는 전압의 양이 많으면 열이 많이 발생해 그 만큼 처리속도에 영향을 준다. 초기의 펜티엄 칩은 5V의 전압을 사용했지만 지금은 펜티엄MMX CPU는 전압이 2.8V, 펜티엄 II 데슛츠(Deschutes)는 2.0V까지 내려졌다.

[표] CPU 내부 전압 CPU CPU 내부 전압 비고 인텔 (Intel) Pentium 5V 종류에 따라 3.5V도 있었음 Pentium Pro 2.9V   Pentium MMX 2.8V CPU 외부전압은 3.3V Celeron 300 Celeron "A" (Mendocino) 300 Pentium II Klamath 300 Pentium II Deschutes  a 300 2.0V Pentium II Deschutes  b 400 Pentium II Xeon 400 AMD K6 K6-2 2.2V K6-3

[표] CPU의 L1 캐쉬램 크기 비교표 CPU CPU 안의 L1 캐쉬램 크기 비고 인텔 (Intel) 80486DX와 80486DX2 8 KB   80486DX4 16 KB Pentium Pentium Pro 16 KB (+256 KB L2) L2 256KB CPU안에 내장됨, 종류에 따라 512 KB까지 내장됨 Pentium MMX 32 KB Celeron 300 Celeron "A" (Mendocino) 300 32 KB (+128 KB L2) Pentium II Klamath 300 L1 캐쉬램 속도가 빨라짐 Pentium II Deschutes  a 300 Pentium II Deschutes  b 400 Pentium II Xeon 400 새로운 형태의 빠른 L2 캐쉬램장착 AMD K5 K6 64 KB K6-2 K6-3 64 KB (+256 KB L2) K7 128 KB 1999년 발표 예정

[참고] CPU 쿨링팬 CPU는 고속으로 동작하기 때문에 많은 열이 발생하게 된다. 이 열로 인하여 CPU의 안정성이 떨어져 오동작이 유발될 수 있다. 그런 이유로 CPU에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키기 위해 쿨링팬이 필요한 것이다. 쿨링팬은 본래 CPU와는 별도로 구입하여 장착을 해서 사용을 했다. 하지만 펜티엄Ⅱ부터는 아예 CPU 내에 쿨링팬이 포함되어 제공되고 있다

CPU구입, 조립시 필요한 정보 정리 CPU 성능의 주요요소 의미 보기 내부 클럭 주파수 CPU 내부에서의 데이터 처리속도 266 MHz  외부 클럭 주파수 CPU로부터 시스템 버스를 통한 데이터 전송 속도 66 MHz 클럭 배수 외부 클럭 주파수에 대한 CPU 내부 클럭 주파수의 배수 4배(위의 예로) 내부에서의 데이터 처리폭 CPU가 동시에 처리할 수 있는 데이터 비트 수 32 비트 외부에서의 데이터 CPU가 동시에 처리할 수 있는 데이터를 받을 수 있는 비트 수 64 비트 내부 캐쉬(L1 cache) 작으면서 빠른 램인 L1-cache 크기와 성능. 보통 메모리인 램(RAM)과 CPU 사이에 버퍼역할 64 KB 내부 전압 CPU의 사용 전력으로 낮을수록 좋다. 2.0V 명령어 셋(Set) 명령이 단순화 되어 있고 프로그램 처리에 대한 속도가 빠르고 향상되어 있느냐에 따라 RISC MMX 명령

2. 조립시 주의 사항

소켓에 대하여 팬티엄 - 소켓4, 소켓5, 소켓7 팬티엄프로 - 소켓8 팬티엄2 - 슬롯1 팬티엄3 - 슬롯2, 소켓370 팬티엄4 - 소켓423, 소켓428, 소켓478 또한 같은 소켓의 메인보드라도 지원 FSB에 따라 지원 CPU가 다릅니다.(소켓만 맞는다고 쓸수 있는게 아닙니다. 예를들어 소켓478 이라도 FSB533 메인보드에는 FSB800 CPU를 사용할수 없습니다) 그리고 현재 나오는 AMD 애슬론 XP 계열 CPU는 소켓A 입니다.(같은 소켓A 메인보드라도 FSB 지원에 따라 지원가능 CPU 가 틀립니다)

3. CPU 가격동향

(1) CPU의 클럭 주파수[동작 속도] CPU가 장착되는 메인보드(Main Board)에는 작은 수정(Crystal)이 내장되어 있는데 그것이 CPU에 클럭신호(clock tick)를 보낸다. 그 신호를 받은 CPU는 어떠한 동작을 취하도록 되어 있다. 초당 일정한 클럭신호를 끊임없이 보냄으로써 CPU가 데이터를 처리에 관련된 동작을 하기 때문에 초당 클럭신호가 많을수록 더 많은 데이터를 처리할 수 있다. 첫 세대 CPU들의 클럭주파수(clock frequency)는 4.77MHz였는데 점차 증가하여 16, 25, 50, 60, 90,133, 200를 거쳐 오늘날 700MHz 까지 이르렀다. 클럭주파수는 여전이 증가하고 있으며 2000년에는 드디어 1GHz 를 돌파하게된다. 그런데, 높은 클럭주파수에서의 문제는 다른 전기적 장치들이 그와 같은 속도에 보조를 맞추어 움직이며 기기안전을 보장할 수 없다는 것이다. 미세한 회로에서 클럭주파수가 너무 높으면 회로 기판에 다양한 형태의 전파잡음(radio noise)이 생성되기도 하고 다른 미세한 주변장치들이 영향을 받게 되기 때문이다. 따라서 안정적인 동작을 위해서는 속도에 보조를 맞추어야 한다. 간단하게 말하면 그 CPU의 동작속도에 보조를 맞추기 위해 나머지 하드웨어도 성능을 똑같이 향상시켜야하므로 가격이 비싸진다는 점이다. 이에대한 해결책으로 나타난 것이 CPU 내부적으로 높은 클럭주파수를 유지하면서 램(RAM)이나 I/O 장치(입출력장치), 데이터 교환이 이루어지는 시스템 버스(Bus)에 대해서는 낮은 클럭주파수에 보조를 맞추는 기능으로 CPU 클럭 배수(clock doubling)라고 한다. 이것은 PC를 조립할 때 설정하는 중요항목 가운데 하나이다. PC를 조립할 때 메인보드에서 사용될 CPU의 속도에 맞추어 클럭배수를 적절하게 설정해 주어야 하기 때문이다. 그렇지 않으면 PC 구동이 안되는 경우도 있다.

CPU의 속도는 클럭으로 측정한다. CPU의 처리 속도는 클럭으로 평가를 하며 단위는 Hz이다. Hz라는 것은 1초 동안 처리하는 클럭을 말한다. 펜티엄Ⅲ 450Mhz는 1초동안 450만번의 클럭을 처리하는 능력을 가졌다는 것이다. 그렇다면 펜티엄Ⅱ 450Mhz와 펜티엄Ⅲ 450Mhz는 성능이 똑같을까? 주의할 것은 CPU의 처리 속도는 클럭으로 평가되지만 실제 CPU의 명령 처리 속도는 1클럭 동안 처리할 수 있는 계산식의 분량과 함께 생각을 해야 한다는 것이다. 즉 펜티엄Ⅱ와 펜티엄Ⅲ는 1클럭당 처리할 수 있는 계산량이 다르다. 그러므로 같은 450Mhz의 클럭을 가지더라도 실제 데이터 처리량은 다를 수 밖에 없다. 일반적으로 CPU의 성능은 이러한 클럭으로 평가할 수 있다. 하지만 클럭으로 비교를 하기 위해서는 같은 계열의 CPU라는 조건이 필요하다. 이것은 각 CPU마다 1클럭당 처리할 수 있는 계산량이 틀리기 때문이다. 하지만 CPU는 이러한 클럭 외에도 다양한 기술에 의해 성능이 달라진다. 앞서 살펴본 것처럼 캐시의 크기나 다중명령처리 등 여러 가지 요소에 의해 좌우된다. 또한 최근의 CPU에는 멀티미디어, 3D 성능을 최적화하기 위한 여러 명령어들이 내장되어 CPU 성능이 더욱 향상되었다.

[참고] CPU 속도보다 중요한 CPU와 다른 장치와의 전송속도 CPU의 속도는 클럭 외에 입출력 속도에 의해 결정된다. 입출력 속도란 CPU가 처리한 데이터를 다른 장치로 전송하는 속도를 말한다. CPU가 아무리 빨라도 다른 장치로 전송하는 속도가 느리다면 시스템 전체적인 성능은 저하될 것이다. 이러한 입출력 통로를 버스라고 하며 버스 속도는 버스 폭과 버스 클럭으로 결정된다. 이러한 입출력 보스 속도는 CPU의 클럭만큼이나 중요합니다. 하지만 대부분 클럭 속도에는 관심이 있지만 입출력 속도에는 관심을 가지지 않는다. 그것은 표면적으로 입출력 속도에 대해 CPU에 표기가 되어 있지 않기 때문이다.

우선 버스 속도는 '버스 클럭. 버스 폭'으로 계산된다. 그런데 버스 클럭이나 버스 폭은 CPU와 메인보드에 따라 달라진다 우선 버스 속도는 '버스 클럭 * 버스 폭'으로 계산된다. 그런데 버스 클럭이나 버스 폭은 CPU와 메인보드에 따라 달라진다. 그러므로 버스 클럭이나 버스 폭이 커야만 버스 속도가 빨라진다. 버스 폭은 CPU 종류에 따라 크게 변하지 않고 고정적인 반면 버스 클럭은 같은 CPU라도 클럭에 따라 달라진다. 그러므로 CPU를 선택할 때는 단순히 클럭만으로 비교할 것이 아니라 버스 클럭도 함께 비교를 해야 한다. 즉 펜티엄Ⅲ 550E를 구입하는 것보다는 펜티엄Ⅲ 533B를 선택하는 것이 더 시스템 성능면에 큰 향상을 느낄 수 있이다. 펜티엄Ⅲ 533B가 FSB 133Mhz를 지원하므로 펜티엄Ⅲ 550E보다 시스템 전체적인 성능은 빠르기 때문이다. CPU 모델 뒤에 'B'가 붙는 것이 FSB 133Mhz를 지원한다.

3. 컴퓨터 조립 방법 메인보드구조 CPU 조립 과정 냉각팬 조립 과정 램 조립 과정 비디오카드 조립 과정 CMOS 확인

메인보드구조(동영상) CPU 슬롯 -> 칩셋 -> 각종 슬롯 -> 보드 제조 회사 순.

CPU 조립 과정(동영상) 방향에 주의 할 것.

냉각팬 조립 과정(동영상)

램 조립 과정(동영상) 방향에 주의 할 것. 살살..

비디오카드 조립 과정(동영상) 이 사진은 PCI용 VGA카드 입니다. 최근은 AGP용..

CMOS 확인(동영상)

감사합니다.