프로세서 속도와 심장 박동수

일반적인 컴퓨터를 단순화한 추상적인 그림, 즉 논리적 또는 기능적 아키텍처는 프로세서, 주 기억장치, 보조 기억장치, 다른 다양한 구성 요소가 있으며 그 중간에 정보를 전달하는 버스라는 여러 개의 전선이 있어 서로 연결된다

 

컴퓨터 대신 휴대전화나 태블릿 PC라면 마우스, 키보드, 디스플레이가 화면이라는 하나의 구성 요소로 합쳐지는 점과 여러분의 물리적 위치를 알기 위한 나침반, 가속도계, GPS 수신기 같은 숨은 구성 요소가 추가된다는 점 말고는 비슷하다

 

이처럼 프로세서, 명령어와 데이터를 담는 메모리와 저장 장치, 입력과 출력 장치가 있는 기본 구조는 1940년대 이래 이어지는 표준이다 이러한 구조를 흔히 폰 노이만 아키텍처라고 하는데 1946년에 발표된 논문에서 이 구조를 기술한 존 폰 노이만의 이름을 딴 것이다 비록 다른 사람들이 한 일에 폰 노이만이 너무 많은 공로를 인정받는 게 아니냐는 논쟁이 아직도 가끔 있지만, 이 논문은 매우 명확하고 통찰력이 있어서 지금도 읽어 볼 가치가 있다 프로세서는 산술 연산과 제어 기능을 제공하고, 주 기억 장치와 보조 기억 장치는 기억과 저장을 담당하며, 키보드, 마우스, 디스플레이는 운영자와 상호작용한다

 본론으로 들어가기 전에 용어를 짚고 넘어가자면 프로세서는 역사적으로 CPU(Central Processing Unit 중앙 처리 장치)라고 불렸지만 지금은 그냥 프로세서로 더 자주 쓰인다 주 기억 장치는 흔히 RAM(Random Access Memory 임의 접근 메모리)이라고도 하고, 보조 기억 장치는 다양한 물리적 구현을 반영해서 디스크나 드라이브라고도 한다 

 

프로세서

컴퓨터의 두뇌에 해당한다 프로세서는 산술 연산을 하고 데이터를 여기저기로 옮기며 다른 구성 요소의 작업을 제어한다 프로세서가 수행할 수 있는 기본적인 연산 레퍼토리는 한정되어 있지만 눈부실 정도로 빠르게(초당 수십억 회) 연산을 수행한다 또한 기존 계산 결과를 바탕으로 다음에 수행할 연산을 결정할 수 있어서, 사용자가 일일이 개입할 필요 없이 상당히 독립적으로 작동한다

 

컴퓨터를 사러 매장에 가거나 인터넷을 찾아보면 이해하기 힘든 약어와 숫자들이 프로세서와 함께 언급되는 것을 볼 수 있다 내 컴퓨터를 예로 들면 프로세서가 '2.2Hz 듀얼 코어 인텔 Core i7'이라고 되어 있는 것을 볼 수 있다 무슨 뜻일까?

인텔은 프로세서 제조사이고 'Core i7'은 인텔의 프로세서 제품군 중 하나이다 '듀얼 코어'라는 것은 하나의 패키지에 처리 장치가 두 개 들어 있다는 의미이다 여기서 소문자 'Core i7'은 인텔의 프로세서 제품군 중 하나이다 '듀얼 코어'라는 것은 하나의 패키지에 처리 장치가 2개 들어 있다는 의미이다 여기서 '코어'는 프로세서와 동의어가 된다 코어는 단독으로도 프로세서가 될 수 있지만, 더 빨리 계산하고자 함께 또는 독립적으로 작동하는 코어를 여러 개 포함해 프로세서를 쓸 수도 있다 따라서 대체로 코어 수와 무관하게 이러한 조합을 프로세서라고 생각하면 된다

2.2 GHz 가 더 흥미로운 부분이다 프로세서의 속도는 1초에 ㅅ행할 수 있는 연ㅅㄴ이나 명령어의 개수를 어림잡아 측정한다 프로세서는 기본 연산을 단계별로 수행하기 위해 내부 클록을 사용하는데 이는 심장 박동이나 시계의 째깍거림과 꽤 유사하다 속도의 측정 단위 중 하나는 초당 째깍거리는 횟수다. 초당 한 번 뛰거나 째깍거리는 것을 1Hz(헤르츠, hertz의 축약형)이라고 한다. 이 단위는 독일의 공학자인 하인리히 헤르츠의 이름을 딴 것이다. 그는 1888년에 전자기파를 만드는 방법을 발견하여 라디오를 비롯한 무선 시스템이 개발되는 발판을 마련했다. 라디오 방송국은 방송 주파수를 102.3 MHz처럼 MHz(메가헤르츠, 100만 헤르츠) 단위로 제공한다. 오늘날의 컴퓨터는 일반적으로 수십억 Hz, 즉 GHz(기가헤르츠) 단위로 작동한다. 내가 쓰는 꽤 평범한 2.2 GHZ 프로세서도 초당 22억 번씩 빠르게 움직인다. 인간의 심장 박동은 약 1Hz이고 하루에 거의 10만 번 뛰는데, 1년으로 따지면 3천만 번 정도다. 그러니까 내 프로세서에 있는 코어 각각은 70년 동안 뛸 심장 박동이 1초 만에 이루어지는 셈이다.

 방금 컴퓨팅에 아주 흔히 쓰이는 메가나 기가처럼 규모를 나타내는 접두사 몇 개를 처음으로 접해 보았다. '메가'는 100만, 즉 10⁶이다. '기가'는 10억 즉 10⁹이다 조만간 더 많은 단위를 보게 될 텐데 책 뒷부분 용어 해설에 단위를 정리한 표가 있다

 

주 기억장치

프로세서와 컴퓨터의 다른 부분이 현재 사용 중인 정보를 저장하는데, 저장된 정보의 내용은 프로세서에 의해 변경될 수 있다. 주 기억 장치는 프로세서가 현재 작업 중인 데이터 뿐만 아니라 프로세서가 그 데이터로 무엇을 해야 하는지 알려 주는 명령어도 저장한다. 이 점은 매우 중요하다 메모리에 다른 명령어를 로드(적재)하여 프로세서가 다른 계산을 수행하게 할 수 있다. 이러한 원리로 프로그램 내장식 컴퓨터는 범용 장치가 된다. 같은 컴퓨터로 워드 프로세서와 스프레드 시트를 실행하고 웹 서핑을 하고 이메일을 주고받고, 페이스북에서 친구와 연락하고, 세금 처리를 하고, 음악을 재생할 수 있는데, 이 모든 일이 적합한 명령어를 메모리에 배치함으로써 가능해진다. 프로그램 내장식이라는 아이디어는 매우 중요하다.

 주 기억 장치는 컴퓨터가 실행되는 동안 정보를 저장할 장소를 제공한다. 주 기억 장치는 워드 포토샵 브라우저 등 현재 활성화된 프로그램의 명령어를 저장한다. 아울러 그러한 프로그램의 데이터, 즉 편집 중인 문서, 화면에 표시된 사진, 웹에서 재생 중인 음악 등을 저장한다. 또한 애플리케이션 여러 개를 동시에 실행할 수 있도록 배후에서 작동하는 운영체제의 명렁오도 저장한다. 

 주 기억 장치를 RAM, 즉 '임의 접근 메모리'라고도 부르는 이유는 프로세서가 정보에 접근할 때 메모리에 저장된 위치와 무관하게 같은 속도로 접근할 수 있기 때문이다. 지나친 단순화로 느껴질 수도 있겠지만, 메모리의 어떤 위치에 무작위로 접근하더라도 접근 속도는 거의 비슷하다. 이제 자취를 감추기는 했지만 비디오테이프를 생각해 보자 비디오테이프로 영화의 마지막 부분을 보려면 시작부터 전체를 '빨리 감기(실제로는 느리다!)' 해야만 했다 이러한 방식은 순차적 접근이라고 한다

대부분의 메모리는 휘발성을 띤다. 즉 전원이 꺼지면 메모리의 내용이 사라지고 현재 활성화된 모든 정보가 없어진다는 뜻이다. 그러므로 컴퓨터로 작업할 때는 자주 저장하는 것이 바람직하다. 특히 데스크톱 컴퓨터가 문제인데, 전선에 발이 걸려 넘어뜨렸다가는 한바탕 난리가 날 수도 있다

 컴퓨터의 주 기억 장치 용량은 고정되어 있다. 메모리 용량은 바이트 단위로 측정된다. 여기서 1byte는 W나 @ 같은 단일 문자, 42 같은 작은 수, 또는 더 큰 값의 일부를 담을 정도의 메모리 크기다. 정보의 표현 방식은 컴퓨팅의 핵심 주제 중 하나이므로 메모리와 컴퓨터의 다른 부분에서 정보가 어떻게 표현되는지 이후에 아날로그와 디지털 정보 표현 방식을 비교하며 살표볼 것이다. 하지만 단순하게 메모리는 번호 붙은 작은 상자가 수십억 개 모여 큰 상자 더미를 이룬 것이고, 각 상자는 소량의 정보를 담을 수 있다고 생각하면 된다

  매모리 용량에는 어떤 의미가 있을까? 대개 메모리 용량이 클수록 컴퓨팅 속도가 더 빠르다고 볼 수 있다. 메모리가 작으면 동시에 여러 프로그램을 실행하기에 용량이 충분하지 않고, 비활성화된 프로그램의 일부를 옮겨 새로운 작업을 위한 공간을 만드는 데 시간이 걸리기 때문이다. 만일 컴퓨터가 더 빨리 작동하기를 원한다면 메모리를 추가로 구매하는 것이 최선의 전략이 될 것이다. 물론 그전에 업그레이드가 가능한지부터 확인해야 한다.