CPU와 메모리

칩(CHIP) 개념 알아보기 1편

왜 반도체인가?

최근 반도체(Semiconductor)가 화두이다. 스마트폰 등 전자제품의 사용이 증가하고, 모빌리티 차량도 디지털화 되면서 반도체 칩(Chip)에 대한 수요가 폭증하고 있다. 이와 맞물려 AI 관련 기술들이 증가하면서 고성능 연산이 가능한 새로운 칩에 대한 니즈도 증가하고 있는 상황이다.

반도체 기술에 대한 시장의 반응이 뜨거운 상황에서, 우리는 얼마나 반도체에 대해 이해하고 있는가? 전자공학의 영역으로 들어가면 전공자의 영역이 되어 어렵고 딱딱하게만 느껴져서 거리감을 느끼게 된다. 반도체에 대한 기본 개념을 잡아보기 위해, 컴퓨터 시간에 배웠던 CPU와 메모리에 대한 개념을 잡는 것부터 시작해보고자 한다.

CPU와 메모리는 무엇인가? 

먼저 CPU는 쉽게 설명하자면 컴퓨터의 두뇌라고 볼 수 있다. 메모리에 저장된 값을 읽어서 해석하고 실행하는 장치라 할 수 있다. 마치 인간의 두뇌와 같이 인식된 정보를 해석하고 명령을 실행하는 곳이다. 따라서 CPU는 작업을 빠르게 연산하고 작동하는데 기능이 집중되어 있다.

아울러 키보드와 마우스는 입력장치로서 눈, 코, 귀와 같은 역할을 하여, 데이터를 수집하여 뇌에 전달하는 역할을 하며, 프린터와 모니터는 출력장치로서 손으로 쓴 글씨나 발로 걸은 걸음과 같이 어떤 결과값을 의미한다.

CPU는 다른 방식으로 설명하자면, 연산장치 즉, 계산기라고 이해하면 쉽다. 연산에 특화된 장치이다. 컴퓨터는 인간의 언어(자연어)를 이해할 수 없기 때문에, 0과 1로 이루어진 세계 즉, 이진법의 세계에서 작동한다. 0과 1이 나열된 상황에서 컴퓨터가 수행하는 연산은 덧셈과 뺄셈 그리고 논리식(or, and, not)에 대한 기능을 담당한다.

메모리는 CPU가 연산을 하거나 명령을 실행하는 데 있어서, 필요한 정보를 저장해두는 공간이라 할 수 있다. CPU에 모든 정보를 저장해서 바로 불러올 수 있으면 가장 이상적이겠지만, 앞서 말한 것 처럼 CPU는 컴퓨터의 두뇌이고, 연산에 특화되어 있는 계산기이기 때문에, 가격이 상당히 비싸다. 따라서 컴퓨터 내부에 메모리들을 배치하여 CPU가 필요할 때 데이터를 제공하는 역할을 수행하게 된다.

여기서 말하는 메모리의 개념은 하드디스크와 메인메모리, 캐시메모리, CPU의 레지스터 부분을 포함하게 된다. 하드디스크는 보조기억장치로서 전원이 꺼져도 데이터가 지워지지 않는 장기기억을 담당하는 장치이다. 메인메모리는 주기억장치로서 속도가 빠르지만 전원이 꺼지면 데이터가 지워져서, 당장 급하게 실행해야 하는(현재 실행중인) 프로그램 또는 처리중인 데이터에 대한 결과를 저장하고, 하드디스크로부터 일정 데이터를 받아 저장하여, CPU가 필요로 할 때 바로바로 보내주는 역할을 한다. 캐시메모리는 메인메모리와 CPU의 속도차이를 보완하는 역할로서, CPU와 가장 가까이 위치하여 빠른 속도를 자랑한다. CPU 레지스터는 CPU 내부에서 컴퓨터 실행에 중추적으로 중요한 프로그램(예: 운영체제 등) 데이터 내용들을 필수적인 내용들만 저장하는 역할을 한다.