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CPU( 중앙처리장치 ). 중앙처리장치 (Central Processing Unit). 컴퓨터의 명령에 따라 데이터의 연산과 동작을 감시하는 제어기능 . 컴퓨터를 구성하는 모든 장치를 제어하고 실행되는 모든 명령을 해석 및 실행. CPU( 중앙처리장치 ) 정의 CPU 의 종류 1. Intel 명칭을 이용한 분류

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CPU( 중앙처리장치 )

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Presentation Transcript


Cpu

CPU(중앙처리장치)


Cpu

  • 중앙처리장치(Central Processing Unit).

  • 컴퓨터의 명령에 따라 데이터의 연산과 동작을 감시하는 제어기능.

  • 컴퓨터를 구성하는 모든 장치를 제어하고 실행되는 모든 명령을 해석 및 실행.

  • CPU(중앙처리장치) 정의

  • CPU의 종류

    1. Intel 명칭을 이용한 분류

    CPU하면 떠오르는 것은 Intel인데 286, 386,486,펜티엄, 펜티엄 프로, 펜티엄 MMX, 펜티엄 III,펜티엄 4등 컴퓨터를 대표하는 용어로 사용되고 있다.IBM컴퓨터가 가정용 컴퓨터를 시판할 때 쓰인 CPU가 바로 Intel에서 제조한 CPU인데 IBM컴퓨터의 성공으로 일반인들은 CPU하면 Intel 그리고 Intel의 각CPU이름인 286,386,등등등 이 CPU를 구분하는 종류로 굳어지게 된 것입니다.


Cpu

  • 2. CISC와 RISC

  • 1) CISC(Complex Instruction Set Computer)

  • 명령어가 가변적이고 복잡한 방식.

  • 다량의 명령어를 처리하는 형식으로 많은 트랜지스터가 필요.

  • 호환성이 뛰어나고 사용할 수 있는 프로그램이 많다.

  • 2) RISC(Reduced Instruction Set Computer)

  • 고정된 길이의 명령어를 사용하는 방식.

  • 단축 명령어 방식으로 트랜지스터 양이 적다.

  • 매킨토시, 모토롤러 CPU, 서버급에 사용.


Cpu

Bus Interface

Unit (BIU)

Addressing Unit(Au)

  • CPU의 구조

  • 실행 유닛(Eu: Execution Unit)

    • 실행 유닛은 마이크로 프로세서의 각 명령어를 수행하는 유닛이다.

    • 실행유닛에는 ALU(Arithmetic Logic Unit)와 제어 유닛(CU: Control Unit),레지스터로 구성된다. ALU에서는 덧셈이나 비교 연산과 같은 산술 연산, 논리연산을 수행한 후 중간 결과를 레지스터에 보관한다.

  • 명령어 유닛(Instruction Unit)

    • 명령어 유닛(Instruction Unit)은 메모리에서 가져온 명령어를 실행유닛에서 정확히 수행할 수 있도록 제어하는 유닛이다. 이때 제어 유닛은 ALU나 레지스터들이 잘 작동되도록 하여준다.

  • 어드레싱 유닛(Addressing Unit)

    • 어드레싱 유닛은 CPU가 메모리나 입출력 장치에서 데이터를 읽거나 쓸 때 메모리나 입출력 어드레스를 만들어 주는 유닛이다.

  • 버스 인터페이스 유닛(Bus Interface Unit)

    • 버스 인터페이스 유닛은 어드레스, 데이터, 컨트롤 버스를 통해서 마이크로 프로세서 외부와 연결시켜 주는 유닛이다.

Prefetch Queue

Excution Unit(EU)

ALU

Instruction

Unit(IU)

Control

Unit(CU)

Register


Cpu

CPU 대역폭

  • CPU와 주변기기 사이에 한번에 주고 받을 수 있는 데이터 폭을 의미.

  • 16Bit → 32Bit → 64Bit로 발전.

  • 1. 8Bit, 16Bit, 32Bit, 64Bit

  • 동시 처리 가능한 데이터의 처리 용량에 따른 분류.

  • 데이터를 전달하는 통로인 버스의 폭.

  • 예) 8088(8Bit) → 80286(16Bit) → 80386(32Bit) → 80486(32Bit)

  • → Pentium(32Bit) → Pentium Pro(32Bit) → Pentium MMX(32Bit)

  • → Pentium II(32Bit) → Pentium II(32Bit) → Pentium III(32Bit)

  • → Pentium 4(32/64Bit)


Cpu

1Cycle

1Hz

1Hz

☼☼☼ ☼ ☼ ☼ ☼ ☼

클럭 주파수

1 0 1 1 0 1 0 0

시간(초)

1 2 3 4 5 6 7 8

CPU의 처리 기준

  • CPU가 데이터를 처리하는 속도의 기준은 초당 얼마 만큼의 데이터를 처리할 수 있는 가로 나타낸다.

  • IPC(Instruction Per Clock) : 클럭당 처리 명령 수.

1. 클럭(Colock)

•전류가 흐르는 상태(On)와 흐르지 않은 상태(Off)

•클럭 발생 장치로부터 만들어지는 일정한 주기로 진동하는 전기적인 리듬.

•1Hz란 1초에 1주기를 진동하는 클럭.

•CPU는 기본적으로 1번의 클럭에

1개 명령 처리(CPU 및 시스템의

속도 표현 단위)

예) 500MHz = 500,000,000Hz


Cpu

Cache 메모리

  • 속도가 다른 두 장치 사이에 위치하는 임시 기억장치.

  • 장치간의 속도를 향상 시키는 구실.

  • 반복적인 엑세스에서 처리 속도를 향상 시킨다.

MCH

(노스 브리지)

캐시 메모리(SRAM)

1. L1 캐시

‘명령 캐시’와 데이터가 저장되는 ‘데이터 캐시’로 나누어져 있다.

2. L2 캐시

메인 메모리와 L1캐시 중간에 또 하나의 캐시 메모리.


Cpu

FSB(Front Side Bus)

• CPU에서 오고가는 데이터버스 = FSB

• FSB의 속도는 CPU의 속도처럼 클록이라는 단위로 측정.

1. 내부 버스(Internal Bus)

• CPU회로 안에서 자료를 이동할 때 사용하는 버스.

•일반적인 내부 버스의 속도: 66Mhz, 100Mhz, 133Mhz, 200Mhz 등.

2. 외부 버스 (External Bus, Memory Bus)

•CPU에서 처리한 데이터를 메인보드 칩셋에 전달하는 통로.

•일반적인 시스템 버스의 속도 : 100MHz, 133MHz, 200MHz, 400MHz

533MHz, 800MHz등.


Cpu

MCH

(노스 브리지)

FSB(Front Side Bus)

= 시스템 버스

= 호스트 클럭

= 외부 버스

Memory Bus

내부버스

(Internal Bus)

CPU의 작동 속도 = Internal Bus X 체배율

예) CPU의 작동 속도 (2.0Ghz) = 내부버스 (100Mhz) X 체배율 (20)

•인텔 : QDR(Quid Data Rate)

호스트 1클럭당 기존의 4배인 4비트만큼 데이터를 주고 받을 수 있는 기술.

•AMD : 하이퍼트랜스포트(Hyper Transport)

메인보드의 노스 브리지와 사우스 브리지의 데이터 버스 속도를 높이는 기술.


Cpu

Over Clocking

CPU의 정해진 클럭 이상의 클럭을 공급하여 동작 시킴으로서 CPU를 더

빠르게 동작 시키는 기법.

반도체 제조 공정

CPU는 반도체 물질은 먼지가 거의 없는 Clean Room에서 만들어 진다. CPU는 Wafer라고 하는 얇은 절연 물질로 된 원판에 금, 알루미늄, 트랜지스터 등을 입혀서 만든다.

한계 테스트

C

B

A

2.0GHz

1.8GHz

1.6GHz


Cpu

Over ClockingCPU 전압

• 오버 클럭을 하려면 CPU의 전압도 올려줘야 한다.(CPU의 힘은 전압)

•CPU는 적은 전압을 사용하면서도 데이터 처리속도가 높아야 함.

•전압이 높아지면 데이터 처리시에 어느 정도의 속도가 올라감.

•발열로 인한 컴퓨터의 다운증상이 심하면 CPU자체가 손상 됨.

•CPU는 아주 낮은 전압으로 작동한다. 일반적으로 펜티엄 4 CPU는1.475 ~ 1.7V 정도의 낮은 전압으로 동작.

•1초에 억 단위가 넘는 높은 주파수로 움직이기 때문에 열이 많이 발생.

(높은 클럭으로 작동하는 CPU일수록 열이 많이 발생됨)

☞ 마이크론(Micron → 기호는 μ)

국제단위계에 의한 보조 계량단위. 1미크론은 1mm의 1/1,000을 나타내며(1미터의 100만분의 1에 해당), 우리의 머리카락이 6미크론. Page 1-28 Tip 참고


Cpu

CPU의 종류와 발전

8088 → 80286 → 80386 → 80468 → Pentium → Pentium Pro

→ Pentium MMX → Pentium II → Pentium III → Pentium 4

■ Pentium 프로세서 특징

① 64Bit 데이터 버스

•메모리와 CPU 사이의 데이터 전송 64Bit

• CPU 내부와 기타 주변기기와의 데이터 전송은 32Bit

② Super Scalar(슈퍼스칼라 아키텍처)

한번의 클럭 주기에 2개의 정수 연산.

③ Branch Prediction(분기예측)

프로세서가 명령을 처리할 다음 명령을 미리 준비 하는 것.


Cpu

④ Dynamic Execution(동적 실행)

•분기 예측과 추측실행이 모아진 형태. 메모리에 있는 프로그램을 최적화

•프로세서가 기다림 없이 연속적으로 사용.

⑤ Pipeline(파이프라인 처리)

•하나의 명령을 여러 개의 독립된 실행 단계로 나누어 순서에 따라 차례로 수행.

•프로세서가 처리될 명령을 기다리지 않고, 파이프라인을 이용해 계속 처리.

⑥ Streaming SIMD

⑦ Hyper-Threading


Cpu

A

1

B

2

C

3

D

4

E

5

CPU

1

A

2

B

3

C

4

D

5

E

Hyper-Threading(하이퍼스레딩)

  • 하나의 프로세서로 여러개의 스레드를 처리하는 효과.

  • CPU 2개를 장착한 것과 같은 효과를 나타내게 하는 기술.

▼ 일반 CPU의 작업순서

작업 2

작업 1


Cpu

A

B

C

D

E

CPU 1

CPU 2

1

2

3

4

5

1

A

2

B

3

C

4

D

5

E

▼ 두개의 CPU의 작업순서

AS 1

AS 1

작업 1

작업 2


Cpu

① 하이퍼스레딩을 지원하는 CPU. (FSB 800Mhz이상, C버젼의 CPU)

② 하이퍼스레딩을 지원하는 메인보드

(i845PE, i845GE, i845GV, i850, i850 이상)

③ 하이퍼스레딩이 지원하는 BIOS

④ 하이퍼스레딩이 지원하는 운영체제

Windows NT, WindowsXP, 리눅스 커널 2.4X, 유닉스


Cpu

1. 초기 펜티엄 60/66MHz

• 320만개의 트랜지스터 집적.

• 16KByte 캐시 메모리 내장.

•동작 전압 5V. PCI클럭 최대 33MHz

2. 펜티엄 75/90/100/120/130/150/166/200MHz

• 330만개의 트랜지스터 집적.

•동작 전압 3.5V

3. 펜티엄 프로 150/166/180/200MHz

• RISC 방식의 프로세서.

• 550만개의 트랜지스터

• L1 캐시 16KByte, L2 256KByte 내장.

• 32Bit 운영체제에 맞게 개발.


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4. Pentium MMX(P55C) 166/200/233MHz

•멀티미디어 데이터 처리 향상.

• CPU에 57개의 새로운 명령 처리.

• L1 캐시 32KB

☞ MMX(Multimedia Extension)

•57개의 기계적인 명령어와 4개의 데이터 유형을 프로세서 내에 추가.

•멀티미디어 작업시 최고 60% 향상


Cpu

■ Pentium II

▲ 특징

① S.E.C(Single Edge Contact)

•코어와 2차 캐시 플라스틱 금속 카트리지의 패키지.

• SLOT 1 방식

② 동적 실행

•프로세서가 데이터를 효과 적으로 처리하는 기능.

(다중분기 예측, 데이터 흐름 분석, 예측 실행)

③ MMX(MultiMedia eXtension)기술 적용.

④ D.I.B(Dual Independent Bus)

•L1캐시 32KB CPU에 내장

•512KB의 L2 캐시는 CPU 기판위의 패키지에 장착.

☞ SIMD(Single Instruction Multiple Data)

MMX기술의 한가지. 여러 데이터를 묶어 한번의 처리.


Cpu

▲ Pentium II 종류

1. 펜티엄 II : 클라메스(Klamath)

•버스클럭 66MHz

• L1캐시 32KB, L2캐시 512KB

•제조 공정 : 0.35μ

•슬롯 1 방식.

2. Pentium 데슈츠(Deschutes)

•버스클럭 100MHz

(350MHz 이상 CPU)

• L1캐시 32KB, L2캐시 512KB

•제조 공정 : 0.25μ

•슬롯 1 방식.


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■ Celeron

▲ 특징

• L2 캐시와 FSB를 낮춘 저가형 모델.

▲ Celeron 종류

① 셀레론 : 코빙턴(Covington)

•버스클럭 66MHz

• L1캐시 32KB, L2 캐시가 제거됨

•제조 공정 : 0.25μ

•슬롯-1 방식.

② 셀레론 : 맨도시노(Mendocino)

•버스클럭 66MHz (300A)

• L1캐시 32KB, L2캐시 128KB (300A)

•제조 공정 : 0.35μ

•슬롯-1 방식과 소켓 370의 두 가지 형태.


Cpu

■ Pentium III

▲ 특징

• SSE SIMD(Streaming SIMD eXtensions)

70개의 새로운 명령어로 구성 128비트의 레지스터가 내장.

• 100MHz와 133MHz의 FSB.

▲ Pentium III 종류

1. Pentium III : 카트마이(Katmai)

•버스클럭 100MHz

• L1캐시 32KB, L2 캐시 512KB

•제조 공정 : 0.25μ

•슬롯-1 방식.

2. 코퍼마인(Coppermine)

•버스클럭 100/133MHz

• L1캐시 32KB, L2 캐시 256KB(온다이 풀 스피드)

•제조 공정 : 0.18μ

•소켓 370(FC-PGA)방식.


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3. 투알라틴(Tualatin)

•펜티엄 III 마지막 프로세서

•버스클럭 133MHz

• L1캐시 32KB, L2 캐시 256KB

•제조 공정 : 0.13μ

•소켓 370(FC-PGA)방식.

☞ 펜티엄III 모델명 뒤에 붙은 코드의 의미

600E, 600B, 600EB등으로 표기.

• E의 의미는 코퍼마인 프로세서로. 0.18 μm공정에 L2캐시 용량256Kbyte

• B의 의미는 133Mhz를 지원하는 CPU.

• EB는 코퍼마인이면서 133Mhz를 지원하는 프로세서.


Cpu

■ Pentium 4

▪ 넷버스트 아키텍처(Netburst Architecture)의

새로운 구조.

① 하이퍼 파이프라인 (Hyper Pipelined Technology)

② 실행 추적캐시(Execution Trace Cache,ETC)

③ 고속 실행 유닛(Rapid Exection Unit)

④ Steaming SIMD eXtention(SSE2)

⑤ 400MHz 시스템 버스와 RDRAM지원

⑥ Socket 423과 Secket 478


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  • 1. 윌라매트(Willamette)

  • 초기의 펜티엄 4 1.4Ghz를 첫 제품.

  • 400Mhz의 FSB 지원.

  • 1.3GHz ~ 2.0Ghz까지 생산.

  • 1.4Ghz ~ 2.0GHz제품은 423핀(mPGA)규격.

  • 2.0Ghz부터는 소켓478핀(mPGA) 타입

  • (423핀의CPU보다 절반 정도 크기로 출시)

  • SSE2가 명령어를 지원하며 0.18 μm 공정으로 제작.

  • L2캐시의 256Kbyte

  • 1.4Ghz부터 2.0Ghz까지 발표되었으며 노스우드의

  • 개발로 단종.


Cpu

☞ 노스우드 펜티엄4 모델명 뒤에 붙은 코드의 의미

• A, B, C버젼으로 분류.

• A버젼의 경우 400Mhz, B버젼의 경우 533Mhz, C버젼의 경우 800Mzh를 의미.

•소켓 479타입의 하이퍼스레딩 지원 CPU뒤에 E라는 이니셜 표시.


Cpu

4. 프레스캇(Prescot)

  • 16Kbyte의 L1데이터 캐시와 1Mbyte의 L2 캐시

  • 공정을 0.13미크론에서 0.09 미크론으로 미세화한 제품.

  • SSE3 추가. 동작 전압은 1.385V

  • 소켓 LGA 775

  • ☞ 펜티엄4 뒤의 A라고 표기된 것은 하이퍼스레딩 미지원.


Cpu

소켓 LGA 775 타입


Cpu

비 인텔 프로세서의 발전과 특징

AMD(Advance Micro Device)

  • 인텔과의 호환되는 X86 계열의 CPU

  • 인텔의 동급 모델에 비하여 성능과 저렴한 가격이 장점.

  • 인텔의 MMX와 같이 멀티미디어를 위한 3DNow! 기술

AMD CPU의 종류


Cpu

  • K7(Athlon)

  • 버스클럭 200MHz

  • DDR 메모리 지원.

  • Slot A CPU 지원 형태.

  • 썬더버드(Thunder Bird)

  • L1캐시 128Kbyte, L2캐시 256Kbyt

  • L2캐시의 경우 코어의 동작 속도와 동일.


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  • 애슬론 XP(Athlon XP) 팔로미노

  • 버스클럭 266Mhz

  • IPC(Instruction Per Clock)

  • 클럭당 명령 실행수를 나타낸 모델 넘버.

  • L1 캐시 128KB, L2 캐시 256KB

  • 소켓 A(462)

애슬론 XP(팔로미노 코어)의 모델 넘버와 실제 작동 속도


Cpu

  • 서러브레드 코어 애슬론 XP

  • 서러브레드는 0.13미크론 공정으로 더욱 세밀해짐.

  • 애슬론 XP 1700+부터 출시.

  • 실제 클럭은 1.533Ghz이다.

  • 서러브레드 코어와 팔로미노 코어의 차이점은 공정상의

  • 차이 외에는 없다.

  • 소켓 A(462)

애슬론 XP(서러브레드)의 모델 넘버와 실제 작동 속도


Cpu

  • 애슬론XP(바통)

  • L1 캐시 128KB,L2 캐시 512kb

  • 소켓 A (462)

  • 버스클럭 333MHz / 3200+ 위로는 FSB 400MHz

애슬론 XP(바통)의 모델 넘버와 실제 작동속도

AMD 애슬론 XP 제원 비교


Cpu

최근 출시된 현재의 AMD 64 프로세서

  • 64Bit 프로세서

  • EVP(Enhaced Virus Protection), 쿨앤콰이어트 기술

  • Hyper-Transport

  • L1 캐시 128KB, L2 캐시 512KB

  • 소켓 754


Cpu

AMD의 두 번째 보급형 CPU, 셈프론

AMD의 셈프론 64Bit


Cpu

AMD CPU 제원

  • 애슬론 64 X2 멘체스터

  • 듀얼 코어 CPU

  • 512KByte + 512KByte L2캐시

  • HT 1000MHz


Cpu

최근 출시된 현재의 Pentium4 with EM64T 프로세서

  • 64Bit 프로세서

  • 인텔 스피드 스텝(EIST : Enhanced Intel SpeedsTep)

  • L1 캐시 16KB, L2 캐시 2MByte

프라스캇 코어의 LGA775 6XX 시리즈


Cpu

프라스캇코어의 LGA775 5XX 시리즈

참고 : 531, 541은 64Bit CPU


Cpu

  • 새로온 코어 셀러론 D 3XX 시리즈

  • Prescott 코어의 셀러론

  • 소켓 LGA775 셀러론 D 로 명명되어 출시.

  • FSB 클럭은 400MHz → 533MHz

  • L1 및 L2 캐시 역시 각각 8KB → 16KB, 128KB → 256KB

  • 소켓 478 플랫폼에서 사용.

펜티엄4 D 8XX 시리즈

인텔 펜티엄 4 듀얼 코어 프로세서

펜티엄4 익스트림 에디션

인텔 펜티엄 4 듀얼 코어 프로세서

(하이퍼스레딩 지원)


Cpu

Intel Xeon 프로세서

AMD의 Opteron 프로세서


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