▷ 프로세서의 외부 및 내부 부품 : 기본 개념?

확실히 우리 모두는 대략 CPU가 무엇인지 알고 있지만 , 프로세서의 부분이 무엇인지 정말로 알고 있습니까? 이 작은 정사각형 실리콘이 많은 양의 정보를 처리하고 전자 시스템이 없어도 완전한 파괴가 될 수있는 시대로 인류를 옮길 수 있어야하는 각각의 주요 것.

프로세서는 이미 우리 일상의 일부, 특히 지난 20 년 동안 태어난 사람들의 일부입니다. 많은 사람들이 스마트 폰을 덩어리 대신 팔 아래로 가져 오는 작은 사람들은 말할 것도없이 기술과 완전히 혼합되어 자랐습니다.이 모든 장치에는 "지능"을 부여 하는 프로세서 라는 공통 요소 가 있습니다. 우리 주변 의 기계. 이 요소가 존재하지 않으면 컴퓨터, 모바일, 로봇 및 조립 라인도 짧게 말하면 모든 사람이 일을 할 수는 있지만 우리가 만든 곳으로 갈 수는 없지만 여전히 "매트릭스"와 같은 세상은 없습니다. 모든 것이 갈 것입니다.

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프로세서 란 무엇이며 왜 그렇게 중요한가

우선 , 컴퓨터에만 프로세서 가 있는 것은 아닙니다. 모든 전자 장치는 모두 디지털 시계, 프로그래머블 오토 마톤 또는 스마트 폰 등 프로세서 기능을하는 요소를 가지고 있습니다 .

그러나 물론 우리는 기능과 제조 대상에 따라 단순히 이진 코드의 연속 실행에서 LED 패널 조명에 이르기까지 프로세서가 대량으로 처리 되는 것에 이르기까지 다소 복잡 할 수 있음을 알고 있어야합니다. 그들로부터의 학습을 포함한 정보 (기계 학습 및 인공 지능).

스페인어 로 된 CPU 또는 중앙 처리 장치 는 프로그램에 포함 된 작업 및 명령을 실행할 수있는 전자 회로 입니다. 이 명령어는 크게 단순화되었으며 기본 산술 계산 (더하기, 빼기, 곱하기 및 나누기), 논리 연산 (AND, OR, NOT, NOR, NAND) 및 입력 / 출력 (I / O) 제어로 요약됩니다. 장치의.

프로세서는 프로그램의 명령을 구성하는 모든 작업을 수행하는 요소입니다. 우리가 기계의 관점에 들어가면, 이러한 연산은 비트라고 하는 단순한 0과 1의 체인으로 축소되어 현재 / 비전 류 상태 를 나타내므로 인간도 할 수있는 이진 논리 구조를 형성합니다. 머신 코드, 어셈블러 또는보다 높은 수준의 프로그래밍 언어를 이해하고 프로그래밍합니다.

트랜지스터, 모든 것의 범인

트랜지스터 용 프로세서가 아니라면 프로세서는 최소한 작을 것입니다. 그것들은 모든 프로세서와 집적 회로 의 기본 단위 입니다. 전기 회로를 닫거나 열거 나 신호를 증폭시키는 반도체 장치입니다. 이런 식으로 CPU가 이해하는 이진 언어 인 1과 0을 만드는 방법입니다.

이 트랜지스터 는 진공 밸브, 트랜지스터 자체 정류를 수행 할 수있는 거대한 전 구형 장치이지만 진공 상태의 기계적 요소로 시작되었습니다. ENIAC 또는 EDVAC 와 같은 컴퓨터에는 트랜지스터 대신 진공 밸브가 내장되어 있으며 크기가 매우 커서 작은 도시의 에너지를 실제로 소비했습니다. 이 기계는 Von Neumann 아키텍처 에서 처음 사용되었습니다.

그러나 1950 년대에서 1960 년대에 첫 번째 트랜지스터 CPU가 만들어지기 시작했습니다. 실제로 1958 년 IBM이 7070 으로 첫 번째 반도체 트랜지스터 기반 머신을 만들었을 때 IBM이었습니다. 그 이후로 진화가 눈에 띄게 되면서 인텔 과 그 이후 AMD 와 같은 제조업체는 인텔 8086 CPU 덕분에 혁신적인 x86 아키텍처를 구현하는 데스크탑 컴퓨터를위한 최초의 프로세서 를 만들기 시작했습니다. 실제로 오늘날에도 데스크탑 프로세서는이 아키텍처를 기반으로하므로 나중에 x86 프로세서의 일부를 보게됩니다.

그 후, 칩이 작고 내부 에 더 많은 코어 가 처음으로 도입 된 후, 그래픽 처리 전용 코어로 인해 아키텍처가 점점 복잡해지기 시작했습니다. 캐시 메모리 라고하는 초고속 메모리 뱅크와 메인 메모리 RAM이있는 연결 버스도이 작은 칩에 도입되었습니다.

프로세서의 외부 부품

오늘날까지 프로세서의 역사를 간략히 살펴보면 현재 프로세서에 어떤 외부 요소 가 있는지 알 수 있습니다. 우리는 만질 수 있고 사용자를 고려한 물리적 요소에 대해 이야기하고 있습니다. 이는 프로세서의 물리적 및 연결 요구를보다 잘 이해하는 데 도움이됩니다.

소켓

CPU 소켓 또는 소켓 은 프로세서를 보드 및 컴퓨터 의 다른 요소와 상호 연결하는 역할을 하는 마더 보드에 고정적으로 설치된 전자 기계 시스템 입니다. 시장에는 몇 가지 기본 유형의 소켓이 있으며 다양한 구성이 있습니다. 당신의 이름 이나 명칭에는 세 가지 요소가 있습니다.

개인용 컴퓨터 의 경우 제조업체는 Intel 또는 AMD 일 수 있습니다. 이는 이해하기 쉬운 것입니다. 연결 유형은 세 가지 유형이 있습니다.

• LGA: (그리드 접점 배열)은 접점 핀이 소켓 자체에 설치되고 CPU에는 평면 접점 배열 만 있음을 의미합니다. PGA: (핀의 그리드 배열), 이전 핀 과 반대입니다. 핀이있는 프로세서이며 소켓에 핀을 삽입합니다. BGA: (볼 그리드 어레이), 이 경우 프로세서는 마더 보드에 직접 납땜됩니다.

마지막 숫자는 CPU가 소켓에 갖는 분배 유형 또는 연결 핀 수를 식별합니다. 인텔과 AMD 모두에 엄청난 양이 있습니다.

기판

기판 은 기본적으로 DIE라고하는 코어의 전자 회로를 포함 하는 실리콘 칩이 설치된 PCB 입니다. 오늘날의 프로세서 에는 이러한 요소 중 하나 이상이 별도로 설치되어 있을 수 있습니다.

또한이 작은 PCB 에는 마더 보드 소켓이 있는 전체 연결 핀 매트릭스가 포함되어 있으며, 거의 항상 금도금 되어 전기 전송을 향상시키고 커패시터 형태의 과부하 및 전류 서지로부터 보호합니다.

다이

DIE는 프로세서의 모든 집적 회로 및 내부 구성 요소 를 포함 하는 정사각형 또는 칩입니다. 시각적으로, 이는 기판으로부터 튀어 나와 방열 요소와 접촉 하는 작은 흑색 요소로 보인다.

전체 처리 시스템이 내부에 있기 때문에 DIE는 매우 높은 온도에 도달 하므로 다른 요소로 보호해야합니다.

IHS

DTS 또는 Integrated Thermal Diffuser 라고도하며 그 기능은 프로세서 코어의 모든 온도를 캡처하여이 요소가 설치 한 방열판으로 전달하는 것 입니다. 구리 또는 알루미늄으로 만들어져 있습니다.

이 소자는 외부로부터 DIE 를 보호 하는 시트 또는 캡슐화이며, 열 페이스트 또는 직접 용접을 통해 직접 접촉 할 수 있습니다. 맞춤형 게임 장비에서 사용자 는 액체 금속 화합물의 열 페이스트를 사용하여 방열판을 DIE와 직접 접촉 시키기 위해이 IHS를 제거합니다. 이 프로세스를 Delidding이라고 하며 그 목적은 프로세서 온도를 크게 향상시키는 것입니다.

방열판

가능한 한 많은 열을 포착하여 대기로 전달하는 최종 요소. 그것들은 핀을 통한 강제 기류에 의해 전체 표면을 냉각시키는 데 도움이되는 팬이 제공되는 알루미늄 및 구리베이스로 만들어진 작거나 큰 블록입니다.

모든 PC 프로세서는 작동하고 온도를 제어하기 위해 방열판이 필요합니다.

이것들은 외부에서 프로세서의 일부입니다. 이제 우리는 가장 기술적 인 부분 인 내부 구성 요소를 보게 될 것입니다.

폰 노이만 아키텍처

오늘날의 컴퓨터는 1945 년 역사상 최초의 컴퓨터에 생명을 부여하는 수학자 인 폰 뉴만 (Von Neumann) 의 아키텍처를 기반으로합니다. 이 아키텍처 는 기본적으로 컴퓨터의 요소 또는 구성 요소가 분산되어 작동이 가능하도록하는 방식 입니다. 네 가지 기본 부분으로 구성됩니다.

• 프로그램 및 데이터 메모리: 프로세서에서 실행될 명령이 저장되는 요소입니다. 스토리지 드라이브 또는 하드 드라이브, 랜덤 액세스 RAM 및 명령어 자체를 포함하는 프로그램으로 구성 됩니다. 중앙 처리 장치 또는 CPU: 이것은 주 메모리 및 입력 장치에서 오는 모든 정보를 제어하고 처리하는 프로세서입니다. 입력 및 출력 장치: 중앙 장치에 연결된 주변 장치 및 구성 요소와 통신 할 수 있습니다. 물리적으로 우리는 그것들을 마더 보드 의 슬롯과 포트 로 식별 할 수 있습니다. 데이터 버스: 요소를 물리적으로 연결 하는 트랙, 트랙 또는 케이블이며 CPU에서는 제어 버스, 데이터 버스 및 주소 버스로 구분 됩니다.

멀티 코어 프로세서

프로세서의 내부 구성 요소를 나열하기 전에 프로세서 의 코어 와 그 기능을 아는 것이 매우 중요합니다.

프로세서의 핵심은 그것을 통과하는 정보로 필요한 계산을 수행하는 집적 회로입니다. 각 프로세서는 MHz 단위로 측정 되는 특정 주파수에서 작동하며, 이는 수행 할 수있는 작업 수 를 나타냅니다. 현재 프로세서에는 코어가있을 뿐 아니라 여러 프로세서가 있으며 모두 내부 구성 요소가 동일하며 각 클럭 사이클에서 동시에 명령 을 실행하고 해결할 수 있습니다.

따라서 코어 프로세서가 각주기에서 하나의 명령을 실행할 수 있고 6 개가있는 경우 동일한주기에서이 명령 중 6 개를 실행할 수 있습니다. 이것은 극적인 성능 업그레이드 이며 오늘날의 프로세서가하는 일입니다. 그러나 우리는 코어 뿐만 아니라 처리 스레드도 있는데, 이는 프로그램의 스레드가 순환하는 일종의 논리 코어와 같습니다.

프로세서의 스레드는 무엇입니까?에 대한 기사를 방문하십시오. 주제에 대해 더 많이 알기 위해 핵과의 차이점.

프로세서의 내부 부품 (x86)

마이크로 프로세서 아키텍처와 구성에는 여러 가지가 있지만, 우리가 관심을 갖는 것은 컴퓨터 내부 에 있으며, x86 이라는 이름을받는 것은 의심 할 여지가 없습니다. 우리는 그것을 조금 더 명확하게하기 위해 물리적 또는 개략적으로 직접 볼 수있었습니다.

컨트롤 유닛, 산술 논리 유닛, 레지스터 및 FPU는 각 프로세서 코어에 존재할 것임을 명심해야합니다.

먼저 주요 내부 구성 요소를 살펴 보겠습니다.

컨트롤 유닛

Conrol Unit 또는 CU 라는 영어에서는 프로세서 작동을 지시합니다. 이것은 제어 신호의 형태로 명령을 RAM, 산술 논리 장치 및 입력 및 출력 장치 에 발행 하여 프로세서로 전송되는 정보 및 명령을 관리하는 방법을 알도록합니다. 예를 들어 데이터를 수집하고 계산을 수행하며 결과를 저장합니다.

이 장치 는 나머지 구성 요소가 클럭 및 타이밍 신호를 사용하여 동기화되도록합니다. 사실상 모든 프로세서에는이 장치가 내장되어 있지만 처리 자체의 핵심이 아닌 다른 장치를 가정 해 봅시다. 결과적으로 다음과 같은 부분을 구별 할 수 있습니다.

• 클록 (CLK): 내부 구성 요소를 동기화하는 사각형 신호를 생성합니다. 요소들 사이에서이 동기를 담당하는 다른 클럭들 (예를 들어, 나중에 볼 멀티 플라이어)이 있습니다. 프로그램 카운터 (CP): 다음에 실행될 명령의 메모리 주소를 포함합니다. 명령어 레지스터 (RI): 실행중인 명령어 저장 시퀀서 및 디코더: 명령어를 통해 명령어를 해석하고 실행합니다.

산술 논리 단위

당신은 반드시 그 약어“ALU”로 이것을 알 것입니다. ALU 는 비트 수준에서 정수를 사용하여 모든 산술 및 논리 계산을 수행합니다.이 장치는 명령 (피연산자) 및 제어 장치가 지시 한 작업 (연산자)과 직접 작동합니다.

피연산자는 프로세서의 내부 레지스터 또는 RAM 메모리에서 직접 가져올 수 있으며, 다른 작업의 결과로 ALU 자체에서 생성 될 수도 있습니다. 이것의 출력은 연산 결과이며, 레지스터에 저장 될 또 다른 단어입니다. 이것들은 기본 부분입니다.

• 입학 등록 (REN): 평가할 피연산자를 유지합니다. 오퍼레이션 코드: CU가 오퍼레이터를 전송하여 오퍼레이션을 수행합니다. 누산기 또는 결과: 오퍼레이션 결과가 ALU에서 이진 워드로 나옵니다.

부동 소수점 단위

FPU 또는 부동 소수점 단위 로 알 수 있습니다. 기본적으로 수학적 보조 프로세서를 사용한 부동 소수점 연산 계산을 전문으로하는 차세대 프로세서 가 수행하는 업데이트입니다. 삼각법 또는 지수 계산을 수행 할 수있는 단위가 있습니다.

기본적으로 그래픽 프로세싱 에서 프로세서의 성능을 향상시키는 것은 일반적인 프로그램보다 계산이 훨씬 더 무겁고 복잡합니다. 일부 경우에, FPU의 기능은 명령 마이크로 코드를 사용하여 ALU 자체에 의해 수행된다.

기록

오늘날의 프로세서에는 자체 스토리지 시스템 이 있으므로 가장 작고 빠른 단위는 레지스터입니다. 기본적으로 처리되는 지시 사항과 결과를 저장 하는 작은 창고 입니다.

캐시 메모리

다음 단계의 스토리지는 캐시 메모리인데, 이는 또한 매우 빠른 메모리 이며, 프로세서가 즉시 사용할 명령어를 저장하는 RAM 메모리보다 훨씬 더 큽니다. 또는 때로는 RAM에서 직접 요청하는 것 외에는 선택의 여지가 없기 때문에 사용될 것으로 생각되는 명령어를 저장하려고 시도합니다.

현재 프로세서의 캐시는 프로세서의 동일한 DIE에 통합되며 L1, L2 및 L3의 총 3 가지 레벨로 나뉩니다.

• 레벨 1 캐시 (L1): 로그 이후 가장 작고 3 개 중 가장 빠릅니다. 각 처리 코어에는 자체 L1 캐시가 있으며, 이 L1 캐시 는 데이터 저장을 담당하는 L1 데이터 와 수행 할 명령을 저장하는 L1 명령어로 구분 됩니다. 일반적으로 각각 32KB 입니다. L2 (Level 2 Cache) -이 메모리는 L2보다 느리지 만 더 큽니다. 일반적으로 각 코어에는 약 256KB의 자체 L2가 있지만이 경우 코어 회로에 직접 통합되지 않습니다. L3 (Level 3 Cache): RAM보다 훨씬 빠르지 만 3 개 중 가장 느립니다. 또한 핵 외부에 위치하고 있으며 여러 핵에 분포되어 있습니다. 매우 강력한 CPU에서는 최대 30MB에 도달하지만 8MB에서 16MB 사이 입니다.

인바운드 및 아웃 바운드 버스

버스 는 컴퓨터를 구성 하는 여러 요소 사이의 통신 채널 입니다. 그것들은 데이터가 전기, 지침 및 처리에 필요한 모든 요소의 형태로 순환하는 물리적 인 선입니다. 이 버스는 프로세서 내부 또는 외부, 마더 보드에서 직접 배치 할 수 있습니다. 컴퓨터에는 세 가지 유형의 버스가 있습니다.

• 데이터 버스: 다른 구성 요소가 송수신하는 데이터 가 프로세서를 통해 순환 하는 버스이기 때문에 이해하기가 가장 쉽습니다. 이것은 양방향 버스이며, 이를 통해 프로세서가 처리 할 수 있는 길이 인 64 비트 길이의 단어를 순환시킵니다. 데이터 버스의 예로는 LANES 또는 PCI Express Lines가 있으며, 이는 그래픽 카드 등의 PCI 슬롯과 CPU를 통신합니다. 주소 버스: 주소 버스는 데이터를 순환시키지 않지만 메모리에 저장된 데이터가있는 위치를 찾기위한 메모리 주소. RAM은 셀로 분할 된 큰 데이터 저장소와 같으며 각 셀에는 고유 한 주소가 있습니다. 메모리 주소 를 전송하여 메모리에 데이터를 요청하는 프로세서가 됩니다.이 주소는 셀에 RAM 메모리가 있어야합니다. 현재 프로세서는 최대 64 비트의 메모리 주소를 처리 할 수 ​​있습니다. 즉, 최대 2 ⁶⁴ 셀의 메모리를 처리 할 수 ​​있습니다. 제어 버스: 제어 버스 는 프로세서로 또는 프로세서에서 순환하는 모든 정보를 동기화되고 효율적으로 사용하기 위해 제어 및 타이밍 신호를 사용하여 두 개의 이전 버스를 관리합니다. 공항의 항공 교통 관제탑과 같습니다.

BSB, 입력 / 출력 장치 및 승수

현재 프로세서에는 기존의 FSB 또는 프론트 버스가 없으며, 이는 메인 브리지의 나머지 요소 (예: 노스 브리지 및 사우스 브리지를 통한 칩셋 및 주변 장치)와 CPU를 통신하는 데 사용됩니다. 이는 버스 자체가 CPU 를 구형 노스 브리지처럼 RAM을 프로세서와 직접 통신하는 입 / 출력 (I / O) 데이터 관리 장치 로 CPU에 삽입 했기 때문입니다. AMD의 HyperTransport 또는 Intel의 HyperThreading 과 같은 기술은 고성능 프로세서의 정보 교환을 관리합니다.

BSB 또는 후면 버스 는 마이크로 프로세서를 자체 캐시 메모리 (일반적으로 L2 의 캐시 메모리)와 연결하는 버스입니다. 이러한 방식으로 프론트 버스는 상당한 부하로부터 자유 로워 질 수 있으며, 따라서 캐시 속도를 코어 속도에 훨씬 가깝게 만듭니다.

마지막으로 멀티 플라이어 는 프로세서 내부 또는 외부에 위치한 CPU 클럭과 외부 버스 클럭 간의 관계를 측정 하는 일련의 요소입니다 . 이 시점에서 우리는 CPU가 버스를 통해 RAM, 칩셋 및 기타 주변 장치와 같은 요소에 연결되어 있음을 알고 있습니다. 이러한 승수 덕분에 더 많은 데이터를 처리 할 수 ​​있도록 CPU 주파수가 외부 버스보다 훨씬 빠를 수 있습니다.

예를 들어 x10의 배수는 200MHz에서 작동하는 시스템이 2000MHz에서 CPU에서 작동 할 수있게합니다. 현재 프로세서에서는 멀티 플라이어가 잠금 해제 된 장치를 찾을 수 있습니다. 즉, 주파수와 처리 속도를 높일 수 있습니다. 우리는 이것을 오버 클로킹이라고합니다.

IGP 또는 내부 그래픽 카드

프로세서의 부품으로 마무리하기 위해 일부는 내장 된 통합 그래픽 장치 를 잊을 수 없습니다. 우리가 FPU가 무엇인지 알기 전에, 이 경우 우리는 비슷한 것을 직면하고 있지만 훨씬 더 많은 힘을 가지고 있습니다. 기본적으로 그것들 은 우리 팀의 그래픽을 독립적으로 처리 할 수있는 일련의 코어 이기 때문에 수학적 목적으로 프로세서를 많이 사용하는 대량의 부동 소수점 계산 및 그래픽 렌더링.

IGP는 외부 그래픽 카드와 동일한 기능을 수행합니다. 외부 그래픽 카드 는 PCI-Express 슬롯 을 통해 작은 규모 나 전력으로 설치 한 것 입니다. 통합 그래픽 프로세서 라고하는이 프로세서는이 일련의 복잡한 프로세스의 중앙 장치를 덜어주는 동일한 프로세서에 설치된 집적 회로이기 때문입니다. 그래픽 카드가 없을 때 유용하지만 현재로서는 이와 비슷한 성능이 없습니다.

AMD와 Intel 모두 CPU에 IGP를 통합하는 장치를 가지고 있으므로 APU (Accelerated Processing Unit)라고합니다. 이에 대한 예는 AMD Athlon 및 일부 Ryzen과 함께 i 제품군의 거의 모든 Intel Core입니다.

프로세서 부분에 대한 결론

글쎄요, 우리는이 긴 기사의 끝 부분 에서 외부 및 내부 관점에서 프로세서의 구성 요소가 어느 정도 기본적인 방식으로 나오는지 살펴 봅니다. 진실은 매우 흥미로운 주제이지만 설명하기가 복잡하고 오래 걸리는 것입니다. 세부 사항은이 유형의 장치의 조립 라인 및 제조업체에 몰두하지 않은 우리 모두를 이해하지 못합니다.

이제 우리는 당신에게 흥미있는 몇 가지 튜토리얼을 남길 것입니다.

궁금한 점이 있거나 기사의 문제를 명확히 하려면 의견 상자에 질문을 작성해주십시오. 항상 다른 사람들의 의견과 지혜를 갖는 것이 좋습니다.