CPU 알아보기

여러분은 컴퓨터나 노트북을 사실 때 보통 어떤 것을 보고 사시나요?

저는 가격대를 설정하고 난 후에는 CPU가 어떤 종류인지, 저장 공간이 얼마나 되는지 등을 보는데요. 여러분도 아마 그러실 것이라 생각합니다.

컴퓨터를 좀 안다고 하는 사람에게 추천을 해달라고 하면 'CPU가 i7이고, 저장공간이 ssd로 큰거를 사'라고 두루뭉실하게 말하는 경우가 종종 있죠.

 

그렇다면 CPU가 어떤 것이기에 두루뭉실하게 컴퓨터를 추천할 때도 언급을 하는 것일까요?

 

컴퓨터의 대뇌, CPU

CPU는 축약어인데요. 이를 완전하게 쓰자면 'Central Processing Unit'으로 '중앙정보처리장치'라고 합니다. 컴퓨터 본체를 열어보면 수많은 선들과 전기 회로 기판들이 있는데요. 이들 중 가장 중요한 것을 말해달라고 한다면 누구나 할 것 없이 CPU를 말합니다.

이는 컴퓨터가 동작하면서 주어진 데이터를 계산하고, 결과를 처리하는 부분이 바로 CPU이기 때문입니다. 컴퓨터를 사람의 얼굴에 비유하자면 모니터나 스피커는 사람의 표정, 목소리라고 할 수 있고, 하드디스크와 같은 기억 장치는 사람의 뇌에서 기억을 담당하는 부분이고, CPU는 뇌에서 가장 활발하게 움직이고 사고를 담당하는 대뇌라고 할 수 있습니다.

 

CPU는 1970년대 초 단일 칩으로 발면된 이후 여러가지 방향성을 가지고 발전되어 왔는데요. 가지각색의 산업 생태계를 구성하고 있습니다. 개인용 컴퓨터를 만드는데 사용되는지, 인터넷 서버를 만들기 위해 사용되는지에 따라서도 다르며 동시에 여러개의 연산을 할 수 있게 만들 것인지, 특정 연산에 강화되게 만들 것인지에 따라서도 그 종류가 매우 다양하고 많습니다. 이런 CPU의 종류를 나누는 기준 중 다음 두 가지에 대해 알아봅시다.

 

CPU 분류 - 데이터크기

CPU가 작동하는 방식을 아주 간단하게 요약하면 다음 그림과 같은데요.

사용자에게서 받은 명령을 계산하고, 결과를 출력하고, 다시 명령을 받아 연산하고, 결과를 보여주는 식의 순환을 컴퓨터가 꺼지는 순간까지 계속해서 반복하게 됩니다. 이 때 컴퓨터가 한 번에 연산할 수 있는 양은 정해져 있는데요. 예를들어 'a와 b를 더하고 결과 값을 c와 더한 값을 d에서 빼라'는 명령을 받았을 경우 CPU는 자신이 처리할 수 있는 양만큼 잘라서 연산을 반복합니다. 다음 그림처럼 말이죠.

따라서 한 번에 처리할 수 있는 양이 많으면 많을수록 컴퓨터의 속도를 빠르게 해 더 효율적으로 작업할 수 있게 되는 것이죠. 그래서 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 양에 따라 분류하는 것입니다.

 

CPU가 한 사이클에서 처리할 수 있는 양을 이야기 할때는 단위로 비트(bit)를 사용하는데요. 비트는 Binary Digit을 줄인 말입니다. 직역하면 이진수라는 뜻이죠. 1bit는 이진수 한자리를 한자리를 뜻합니다. 0과 1, 단 두개의 숫자만 표현할 수 있는 아주 작은 양이죠.

여러분이 쓰시는 컴퓨터의 저장공간은 보통 128GB가 넘을 건데요. 128GB를 비트로 표현하면 1,024,000,000bit이고, 영화 한편이 보통 1.5GB인데 이를 비트로 표현하면 12,000,000,000bit로 1bit가 얼마나 작은 단위인지 아시겠죠?

 

이렇게 작은 단위인데 어떻게 CPU가 우리가 계산하는 것보다 빠르지?라고 생각하실 수 있는데요. 컴퓨터를 살 때 CPU 종류를 자세히 보면 다음처럼 3.6GHz(4.2GHz)라고 써진 것을 볼 수 있는데요.

이것은 컴퓨터가 1초에 몇 번 계산하는가를 나타내는 지표입니다. 위와 같이 3.6GHz라고 되어 있는 경우는 1초에 36억번 계산을 한다는 말이죠. 이것을 클럭이라고 부르며 CPU의 성능을 판단할 때 중요하게 생각하는 것 중 하나입니다.

 

다시 본론으로 돌아가서 CPU를 데이터 크기로 분류하게 되면 다음과 같이 분류를 하게 됩니다.

• 4비트 : 최초의 CPU형태로 '마이크로프로세서', 'CPU'로써 인정받는 인텔의 4004와 후속작 4040이 4비트 CPU입니다. 현재에도 아주 적은 양의 연산을 필요로 하는 곳에 사용되고 있습니다.
• 8비트 : 개인용 컴퓨터의 시작을 알린 CPU 종류입니다. 최초의 개인용 컴퓨터인 MITS 알테어 8800에 사용된 인텔 8080 등이 대표적입니다. 현재 개인용 컴퓨터에는 32비트, 64비트가 일반적이지만, 전체 CPU 시장에서는 아직도 숫적 주력을 차지하는 종류입니다. 
• 16비트 : 8비트 CPU가 개인용 컴퓨터의 시작을 알렸다면, 16비트 CPU는 개인용 컴퓨터 산업의 토대가 되었습니다. IBM 컴퓨터에 들어가는 인텔 8088과 애플 매킨토시의 CPU인 68000이 대표적입니다. 현재는 32비트 CPU에 밀려 잘 쓰이지 않습니다.
• 32비트 : 여러분이 한 번쯤 들어보셨을 인텔 펜티엄과 같은 CPU가 대표적입니다. 개인용 컴퓨터가 빠르게 발전하는 시간의 대부분을 32비트 CPU가 차지하고 있었습니다. 숫적으로는 8비트 CPU에 비교할 수 없지만, 여러분과 가장 밀접하게 연관된 종류입니다.
• 64비트 : 대부분의 64비트 CPU는 32비트 CPU를 확장한 설계로 만들어졌습니다. 저장장치와 같은 여러 컴퓨터 부품의 발달로 더 많은, 더 빠른 처리를 위해 만들어진 CPU 종류로 2010년 이후 32비트 개인용 컴퓨터를 빠르게 대체하고 있습니다.
• 128비트 : 2010년부터 미국의 UC버클리 대학에서 연구되고, 2013년 1월 RISC-V라는 이름으로 시험용 제품이 만들어진 종류입니다.

CPU 분류 - 용도

• MPU(Micro Processor Unit) : 일반적인 PC/워크스테이션 등에 사용하는 CPU를 MPU로 지칭합니다. 하지만 CPU와 MPU 용어를 구분하는 것은 경계가 모호한데요. 이는 자사의 제품을 지칭하는 단어가 굳어졌기 때문입니다. CPU는 인텔이 솔루션을 지칭하던 용어이고, MPU는 모토로라가 쓰던 용어입니다. 따라서 CPU와 MPU는 구분하지 않아도 되지만, MCU와의 구분은 명확히 하셔야 합니다.
• MCU(Micro Conroller Unit) : 마이크로 컨트롤러로도 불리는 이 종류는 현재 지구상 전자제품에 존재하는 CPU의 대다수를 차지합니다. 이는 MCU는 특정 제품을 제작할 때 고정된 하나의 프로그램을 미리 집어넣은 완제품에 탑재하기 때문입니다. 예를 들어 세탁기, 전기밥솥과 같이 '세탁물을 몇 분간 돌리고, 몇 분간 탈수한다'는 하나의 동작만을 위한 CPU로써 사용되는 종류가 바로 MCU입니다.
• DSP(Digital Signal Processor) : 특정 종류의 데이터를 고속으로 연산하는 것에 최적화 된 CPU입니다. 특히나 행렬연산에 최적화 되어 있는 이 CPU는 목표로 하는 데이터 종류에 따라 이름을 붙이는 경우가 많습니다. 오디오 데이터를 사용하는 DSP의 경우 오디오DSP라고 부르는 것처럼 이름을 붙입니다.
• FPU(Floating-Point Unit) : 실수를 영어로 표시하면 Floating Number입니다. 즉 FPU는 실수를 다루는 연산에 특화된 CPU라고 할 수 있습니다.
• GPU(Graphics Processing Unit) : GPU는 DSP 중에서도 비디오 출력 데이터 처리에만 극단적으로 특화된 제품이라고 할 수 있는데요. 초기에는 사용 DSP를 사용하는 경우도 있었습니다. 현재는 컴퓨터의 전체적인 동작을 위해서 MPU(CPU)를 사용하고 이에 추가적으로 포토샵 등과 같은 그래픽 작업을 위해 GPU를 사용하는 경우가 많습니다.