마이크로(micro, 1/1000000)라는 말은 매우 작다는 의미를 내포하며 프로세서는 ‘어떠한 일을 처리하는 장치‘라는 뜻으로서 이 두 단어의 합성이인 마이크로프로세서 (microprocessor, 이후 uP로 표기함)는 단어의 뜻으로만 보면 ’극소형의 처리장치‘정도로 해석될 수 있을 것이다. 좀 더 기술적인 설명은 작은 면적의 실리콘에 복잡한 전자회로를 집적시킨 것으로, 이 전자회로는 미세한 도선으로 연결된 수천 혹은 수백만 개의 콘덴서나 트랜지스터(transistor) 등으로 구성되어 있다.


 인텔이 발표한 최초의 uP는 1971년에 소개된 4004로 2300개의 트랜지스터를 가지고 있었으며 클럭속도는 108KHz이고 4bit 프로세서이다. 이 μP는 간단한 계산을 수행하는 계산기를 만드는데 사용이 되었으나 그 이후에 발전에 발전을 거듭하여 개인용 컴퓨터를 탄생시키는 등 우리의 생활을 광범위하게 바꾸는 계기가 되었다.


 참고로 [그림 1]에 내부회로가 도시된 펜티엄3는 약 9백5십만 개의 트랜지스터를 집적하였음을 보면 마이크로프로세서의 발전 속도를 짐작할 수 있다.


[그림 1] 인텔의 4004 외형 / 인텔 4004 내부 회로 / 펜티엄4의 내부 회로


 일반적으로 uP는 [그림 2]에 도시된 바와 같이 레지스터(register), 산술논리장치 (arithmatic logic unit, ALU), 제어장치, 데이터버스 등의 구조를 가지며 이러한 기능을 가지는 장치들을 하나의 칩에 집적한 것이다.

[그림 2] uP의 구성 요소

레지스터 (register)

 레지스터는 CPU내부의 기억장치이고 ALU에서 수행한 연산의 결과를 임시로 저장하는 역할을 한다. 고속으로 데이터에 접근, 처리가 가능하며 외부메모리는 번지로 구별하는데 반해 레지스터는 이름으로 구별한다. 크게 범용레지스터 (누산기 등)와 특수 목적 레지스터(프로그램 카운터, 명령어 레지스터 등)로 나뉜다.

산술논리장치 (ALU)

 산술 및 논리 연산 수행하는 장치이다. 레지스터에서 피연산자를 받고 연산 결과를 다시 레지스터에 저장한다. 조합논리회로로 구성되어 있다.

제어장치

 CPU 내부의 신호의 흐름를 제어하는 신호를 발생한다.

각종 버스(bus)

 버스(bus)라는 것은 디지털 시스템에서 동일한 기능을 수행하는 신호선들의 집합이다. uP내부에서 하나의 신호선은 두가지 상태(0, 1)만을 가질 수 있다. 이러한 선이 여러개 모이면 다양한 경우의 수가 생겨서 여러 상태나 값을 가지고 전달할 수 있게 된다.

  • 데이터(data) 버스 : uP가 내외부의 메모리와 데이터를 주고받는데 사용하는 신호선이다.

  • 어드레스(address) 버스 : uP가 내외부의 메모리 번지를 지정하는데 사용하는 신호선이다.

  • 신호(signal) 버스 : uP가 수행할 작업의 종류 및 상태를 메모리나 입출력기기에 알려주고, 외부의 요구를 받아들이는 신호선이다.


 참고로 디지털 시스템(digital systme)에서는 전압값을 이용하여 0/1 신호를 구분한다. 신호 0은 0V (혹은 GND라고 표시함) 이고 신호 1은 5V/3.3V/1.8V 등의 전압값이 사용된다. 이러한 2진 신호를 여러 개 묶어서 어떤 정보나 데이터 값을 전달하게 되는 것이다. 2진 신호가 몇 개가 묶였느냐에 따라서 다음과 같이 구분한다.

  • 비트 (bit) : 0/1을 표시하는 최소 데이터 단위

  • 바이트 (byte) : 8 bits

  • 워드 (word) : 2 bytes = 16 bits

  • 더블 워드 (double word) : 2 words = 4 bytes = 32 bits


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Posted by 살레시오

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