중앙처리장치
중앙처리장치는 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 중요한 부품으로 볼 수 있다. 어떤 컴퓨터라도 중앙처리장치는 필수적이다. 대형 컴퓨터에서는 처리해야 할 일들이 상당히 많고 복잡하기 때문에 중앙처리장치 크기도 꽤 큰 편이고 보통 여러 개의 회로 기판으로 구성된다. 슈퍼컴퓨터의 경우, 1000개가 넘는 중앙처리장치를 사용하기도 한다.
일반적인 개인용 컴퓨터는 안쪽에 커다란 회로 기관이 있고 그 기관이 개인용 컴퓨터 부품들 중에서 가장 중요한 역할을 하는 마더 보드이다. 개인용 컴퓨터에서는 필수 부품들을 이 마더 보드에 연결하여 작동한다고 보면 된다. 어떤 부품은 하나의 덩어리로 된 것을 바로 꽂기도 하고 전선으로 마더 보드와 연결하기도 한다.
마더 보드에 새로운 기능을 추가하기 위해서는 별도의 회로 기관을 사용하기도 한다. 이 별도의 회로 기관은 인터페이스 카드라고 부르며 마더 보드에는 이런 인터페이스 카드들을 꽂을 수 있는 자리들을 미리 확보해 뒀다. 이런 자리들은 슬롯이라고 부른다.
개인용 컴퓨터, 워크스테이션 급은 반도체 기술들을 이용하면 한 개의 반도체 칩에 집적하여 중앙처리장치를 설계한다. 이렇게 한 개의 칩으로 집적된 중앙처리장치를 특별히 마이크로프로세서라고 한다. 개인용 컴퓨터에서 사용하는 마이크로프로세서는 여러 개의 단자가 연결되어 있는 정사각형의 칩 모양이다.
일부 개인용 컴퓨터, 워크스테이션들은 보다 높은 성능을 발현하기 위해서 두 개 이상의 마이크로프로세서를 사용하기도 하는데 이런 경우는 멀티프로세서 시스템이라고 부른다.
중앙처리장치는 마이크로프로세서 형태이든 회로 기판 형태이든 대부분 구조가 대동소이하다. 중앙처리장치는 크게 제어장치, 산술 연산 논리장치, 레지스터 등으로 구성된다. 제어장치는 컴퓨터 내부의 전체적인 데이터 흐름을 제어하며, 산술 연산 논리장치는 연산이나 논리 계산을 담당한다. 계산에 관련된 부분은 산술연산 논리장치(ALU - Arithmetic Logic Unit) 가 전담하고 그 외 데이터 흐름이나 제어는 제어장치(CU - Control Unit)가 담당한다.
레지스터는 ALU나 CU가 중간 계산 결과를 저장하기 위한 중앙처리장치 내부의 메모리라고 보면 된다. 용량이 상당히 작아서 저장할 수 있는 데이터의 양은 적더라도 매우 빠르게 읽고 쓸 수 있다는 것이 특징이다.
중앙처리장치에 특정 일을 하도록 지시하는 것을 인스트럭션이라고 부르는데, 컴퓨터의 실행 파일에서는 이러한 인스트럭션들이 저장되어 있다고 보면 된다. 중앙처리장치는 인스트럭션들을 주어진 순서대로 수행한다. 중앙처리장치는 더하기, 빼기 등과 같은 아주 간단한 작업들을 순서대로 수행해서 다양한 작업을 수행한다.
중앙처리장치가 주어진 인스트럭션을 얼마나 빨리 수행할 수 있는가는 중앙처리장치의 성능을 나타내는 아주 중요한 요소인데, 이를 보통 밈스(MIPS - Millions of Instructoins Per Second) 단위로 측정한다. 1초에 백만 개의 인스트럭션을 처리할 수 있는 중앙처리장치는 1 MIPS 성능을 가진다고 보면 된다.
과학 기술 분양에서는 자연수 등과 같은 간단한 숫자들보다는 소수점이 있는 상당히 복잡한 숫자들을 다뤄야 하는 일들이 훨씬 많다. 이러한 분야에서는 중앙처리장치가 사용하는 인스트럭션들 중에서 특히 소수점이 있는 숫자들을 얼마나 빨리 처리해낼 수 있는가가 정말 중요하다. 플롭스(FLOPS - Floating-Point Operations Per Seond)는 중앙처리장치가 초당 몇 개의 소수점 연산들을 할 수 있는가를 나타내는 단위이며, 보통은 백만 개를 기준으로, 1 MFLOPS 등으로 표기한다.
개인용 컴퓨터에서 사용하는 특정 중앙장치는 13,000 MIPS와 1,099 M FLOPS의 성능을 가졌다고 알려져 있는데 초당 130억 개의 인스트럭션을 수행할 수 있다. 그리고 소수점 연산만 한다면 초당 11억 개 정도의 소수점 연산을 할 수 있다고 볼 수 있다.
