CPU

CPU는 연산을 대량으로 빠르게 처리하는 장치로 종류도 다양하고 가격도 천차만별이다. 

X86이란?
- 인텔 CPU 초기 아키텍처 명칭

CPU의 구조

1. 제어부(Control Unit, CU)

역할	- CPU 내부와 외부 장치를 제어하며 명령어를 해석
작동방식	- 메모리에서 명령어를 가져와 해석(Fetch & Decode) - 실행을 위해 필요한 데이터를 연산부로 전달
중요성	CPU 전체의 흐름을 조율하는 역할

2. 연산부(Arithmetic Logic Unit, ALU)

역할	수학적 계산(산술 연산)과 논리 연산 수행
기능	- 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 연산 - 논리 연산(AND, OR, NOT 등)을 통해 조건 판단.
중요성	실제 데이터를 처리하는 CPU의 핵심

3. 레지스터(Registers)

역할	데이터를 일시적으로 저장하는 초고속 메모리
종류	- 일반 레지스터: 데이터와 명령어를 임시 저장 - 특수 레지스터: CPU 상태 관리(프로그램 카운터, 플래그 레지스터)
특징	메모리 계층 구조 중 가장 빠르지만 용량을 적음.

4. 캐시 메모리(Cache Memory)

역할	자주 사용하는 데이터를 메모리보다 빠르게 제공
구조	- L1캐시: CPU 코어 내에 위치, 가장 빠름 - L2캐시: 코어 외부에 위치, L1보다 크지만 느림. - L3캐시: 모든 코어가 공유, 가장 큰 용량
중요성	데이터 접근 속도를 극대화해 성능 향상

5. 버스(Bus)

역할	CPU 내부와 외부 장치 간 데이터 전송 경로
종류	- 데이터 버스: 데이터 전송 - 주소 버스: 메모리 주소 지정. - 제어 버스: 명령 및 제어 신호 전달.
특징	CPU와 메모리, I/O 장치 간의 원활한 통신을 보장.

CPU 작동의 주요 단계

CPU는 명령어를 처리하기 위해 다음 단계를 반복합니다.

1. Fectch: 메모리에서 명령어를 가져옴

2. Decode: 명령어를 해석

3. Execute: 명령어 실행.

4. Writeback: 결과를 레지스터나 메모리에 저장.

CPU 구조의 발전

싱글코어에서 멀티코어로	- 초기 CPU는 한 번에 하나의 작업만 처리 가능(싱글코어) - 현재는 여러 작업을 병렬로 처리하는 멀티코어가 주류
초고속 캐시와 파이프라이닝	- 파이프라이닝 기술로 여러 명령어를 동시에 처리 - 캐시 기술로 데이터 접근 속도 증가

인텔 CPU(코드네임)의 발전 단계

- 인텔은 틱(tick)-톡(tock)이라는 CPU 개발 모델을 사용

- 틱은 공정 미세화

- 톡은 새로운 아키텍처

- 최근에는 공정 미세화가 어려워짐에 따라 PAO(Process → Architecture → Optimization)

- 공정이 미세화되면 같은 공간안에 더 많은 트랜지스터가 들어가게 된다. 전자의 이동거리가 짧아져 소비전력이 향상

- 공정이 10nm 대로 진입하면서 반도체 생산장비의 비용이 대당 천억원 이상 급증함에 따라 전략 수정

서버 CPU

- 서버용 CPU는 제온(Xeon)이라는 이름으로 부른다.(데스크탑 제품과 구분하기 위해서)

- 서버용 CPU는 서버에 적합한 성능과 안정성을 가지기 위해 약 2~3년 동안 추가적인 설계 변경 및 테스틀를 진행한 후 출시하게 된다.

- 가장 최근 출시된 CPU: Xeon