모든 반도체 부품은 동작하기 위해 전원이 필요하며, 메모리칩도 마찬가지이다. 그래서 메모리 칩에는 전원(VCC)핀과 그라 운드(GND)핀이 마련되어 있다. 일반적으로 우리가 사용하고 있는 컴퓨터 내부 메모리칩은 거의 대부분 5V의 직류전원을 사용한다. 최근의 노트북컴퓨터에서는 배터리 소비를 줄여서 재충전을 하지 않고 좀더 오래 사용하기 위해서 3V/3.3V의 직 류전원을 사용하도록 하는 메모리 칩을 개발해서 사용하고 있지만 아직까지 우리가 사용하고 있는 일반적인 컴퓨터와는 거리가 있다.
메모리 칩에는 데이터 버스가 있는데, 여기서 버스라고 하는 것은 어떤 한 종류의 신호가 2개 이상의 단일 신호로 이루어졌을때 부르는 말이다. 가령 컴퓨터에서 데이터를 다룰 때는 아스키코드를 만들어서 8개 단위로 처리한다. 이 때 비트에서 0에 서 비트7까지 8개의 신호가 있는데 8개 전체의 신호를 한꺼번에 처리하기 때문에 버스라는 용어를 사용하는 것이다. 메모리 칩에 데이터를 쓸 때나 읽을 때도 데이터 버스를 통해 한꺼번에 읽고 쓴다. 혹시 데이터를 읽을 때 사용하는 데이터 버스와 쓸때 사용하는 데이터 버스가 따로 있는 것이 아닐까 생각할 수도 있지만, 일반적으로 메모리에 있어서 데이터 버스는 한 가 지만 있다. 따라서 메모리칩에 데이터를 읽고 쓰는 경우는 동시에 일어나지 않는다.
데이터 버스는 어는 경우에서든 한 비트만으로 구성되기도 하고 4비트 / 8비트 / 16비트 / 32비트 등으로 여러 가지 있다.
3-1. 어드레스 버스와 어드레스
- 어드레스 버스
어떠한 메모리가 1KB의 용량을 가진다고 가정하자. 컴퓨터에서는 2의 십승 (=1024)으로 1K는 1024를 말한다. 어떤 메모리 칩이 1KB의 용량을 가진다는 것은 이처럼 1024개의 내용을 따로 동시에 저장 할 수 있다고 생각하는 것이다. 그렇다면 칩 내부에는 1024개의 서로 구분할 수 있는 영역이 필요하다. 그리고 이 영역을 일일이 분간하기 위해서는 외부에서 선택하도록 하는 신호가 필요하다. 이 역할을 하는 것이 바로 어드레스 버스이다. 1024KB 즉, 1KB의 각 영역을 분간해내는 것을 어드레싱이라고 하는데, 제대로 된 어드레싱을 하기 위해서는 모두 10개의 신 호핀이 필요하다. (2의 십승) 10개의 어드레스 핀에 주는 값이 0과 1의 두 가지 중에 하나이므로 조합을 해 보면 이 계산이 나온다.
보통 이러한 경우에는 A0,A1,A2...A9등으로 표기를 한다. 이것은 데이터 버스의 경우와 마찬가지로 항상 0부터 시작하는 것 에 유의해야 한다. 1KB 용량을 가진 메모리칩에는 이같은 10개의 핀으로 이루어진 어드레스 버스가 있게 되며, 1MB라면 20 개의 어드레스가 필요하다. 여기서 또 중요한 것은 읽기와 쓰기 동작을 지정하는 Read/Write 신호이다. 메모리 칩에는 데이 터와 어드레스 버스가 각각 하나씩 있기 때문에 이들을 통해 메모리에 데이터를 쓸 때와 데이터를 읽을 때의 구별이 필요하다. 그래야만 칩 내부에서 제대로 외부와 연결할 수 있기 때문이다.
Read 신호가 메모리칩에 인가되면 메모리 칩 내부에 데이터를 쓰며, Write 신호를 주면 메모리에서 데이터를 읽는 동작을 한다. 칩 종류에 따라 한 개의 선만 가지고 읽고 쓰는 동작을 구분하기도 한다.
핀 이름을 R/W와 같이 표기하며 핀의 논리값이 High일 때는 칩에서 데이터를 읽어내는 동작을, Low 일때는 칩에 데이터를 써넣는 동작을 하는 것을 의미한다. 마지막으로 사용되는 것이 칩 선택 신호인 CE(Chip Enable) / CS(Chip Select) 신호이 다. 컴퓨터 내부에는 반드시 CPU가 존재하는데, 실제로는 동시에 모든 것과 연결되어 사용되지 않는다. 이 경우에 외부적으 로는 연결되어 있지만 메모리 칩 내부에서는 외부의 버스와 연결을 끊어서 CPU가 자신의 원하는 메모리 칩에만 실제로연 결될 수 있도록 할 필요가 있다. 칩 선택 신호는 바로 이 경우 사용된다. CPU는 자신이 원하는 데이터가 있는 메모리 칩을 선택해서 데이터를 읽어오거나 쓰는 것이다.
- 어드레스
어드레스는 메모리 구별을 위해 사용하는 번지를 말하며, 프로세서는 메모리 내용을 사용할 경우 그 전부를 동시에 사용하 지 않는다. 프로세서의 종류와 사용방법에 따라 바이트, 워드 당 단위로 메모리에서 프로세서로 꺼내는 일과 프로세서에서 메모리로 쓰기를 하는데, 이 때문에 메모리에서 어떠한 바이트나 워드를 꺼내거나 쓰기를 하려면 어느 부분에 대해 행할지 프로세서가 알고 있어야 한다.
또, 어드레스로서 사용하는 번호는 단지 메모리 끝에서 열거한 번호가 된다. 메모리 한쪽 끝을 0으로 하고, 차례대로 1씩 증가하면서 번호를 매긴다. 왜 1이 아니고 0에서 시작하는 가에 대한 특별한 의미가 있는 것은 아니다. 단지 내부에서 그쪽이 훨씬 좋기 때문이다. 보통 시스템에서 어드레스로 사용할 번호는 양의 정수이지만 구형의 시스템에서는 마이너스 어드레스 를 가진 것도 있었다. ROM 베이직을 가진 PC가 바로 그것이다.
메모리와 프로세서 사이에는 2종류의 선이 있는데, 하나는 데이터를 전송하기 위한 선으로 데이터 버스(Data BUS)이며, 이 선을 통해서 프로세서에서 메모리로, 메모리에서 프로세서로 데이터가 전송된다. 또 하나는 어떤 메모리를 대상으로 하는가 를 나타내는 선으로 어드레스버스(Address BUS)라 부르며, 어드레스 버스는 데이터 버스와는 달리 프로세서에서 메모리로 일방통행을 한다. 어드레스는 PC내부에서 전화번호처럼 사용된다. 먼저 프로세서는 대상으로 할 메모리를 나타내는 번호를 2진수로 바꾼 후에 어드레스에 보낸다. 이것을 받는 것은 어드레스에 접속되어 있는 어드레스 디코더(Address Decoder)라 는 제어회로이다.
이것은 교환기와 같은 역할을 하는 회로로 보내오는 어드레스를 해독해서 어떤 메모리 LSI칩에 대상 메모리가 있는가를 결 정하며, 그 칩만을 사용 가능한 상태로 만든다. 그 이후는 메모리용 LSI칩의 구성에 따라 다르지만 8비트 단위에서 데이터를 꺼낼 수 있는 칩이라면 그 출력을 데이터 버스에 보내서 프로세서가 꺼낼 수 있도록 하는데, 이것은 프로세서가 이해한다는 뜻이다.
3-2. 대기상태 (Wait State)
대기상태는 CPU의 속도가 주기억장치인 램의 속도에 비해서 너무 빠를 때 CPU 작동과 램의 억세스를 동기화시키기 위해 램의 억세스 중간에 CPU가 한 주기 더 기다리도록 하는 것을 말한다. 대기상태는 메모리의 속도문제를 해결한 것이 아니며 CPU가 메모리를 사용할 때 잠시동안 아무 것도 하지 않고 기다리고 있는 것이다. 같은 속도의 CPU를 이용하는 컴퓨터일지 라도 억세스 속도가 빠른 램을 쓰면 대기 상태가 필요 없으므로 대기상태가 발생하는 느린 램을 사용하는 것보다는 속도가 빠르다.
대기 상태는 시스템 클럭을 메모리가 따라잡을 때까지 걸리는 시간으로, 일반적으로 0.1초 정도 소요되며, 만약 느린 메모리 칩을 사용한다면 3초가 걸릴 수도 있다. 이렇게 되면 램은 매 클럭 사이클마다 CPU가 원하는 만큼의 억세스를 할 수 없다. 따라서 CPU는 동작함에 있어 램 억세스가 끝날 때까지 기다려야 하는데, 이것은 비록 극명히 드러나는 것은 아니지만 시스 템상의 일시적인 정지를 가져오게 되어 프로그램이 느리게 동작할 수도 있다. 동작방식을 보면 CPU에는 프로세서의 동작을 지연시킬 수 있는 핀이 외부에 있다. 이 핀에 신호를 주면 CPU는 한 사이클동안 아무 것도 하지 않고 기다리는데 이때 발생 하는 사이클을 대기 사이클이라고 한다.
286이 사용되던 시절에는 램이 CPU의 속도보다 빨랐으며, 386이 등장하면서 프로세서가 메모리의 속도를 넘어서게 되었는 데, 이 때는 한번의 대기상태만으로 충분히 CPU의 속도에 맞출 수 있었다. 그러나 프로세서의 고속화에 힘입어 486이상이 등장하면서 CPU는 훨씬 빠른 속도를 가지게 되었으며, 대기상태로 3사이클로 늘어났다. CPU가 1회의 명령을 수행하고 한 번 쉬면서 메모리를 읽는 것은 1 Wait, 두 번 쉬면 2 Wait라고 한다. 3-3. 메모리 타이밍 RAS, CAS
메모리 타이밍은 리프래시 레이트라고도 한다. 메모리는 전기적으로 유지되므로 반드시 연속적으로 재충전되어야 하는데, 메모리 타이밍은 메모리에서 한 번에 얼마나 많은 수의 ROW가 충전되는지에 따른다. 메모리 리프래시가 없다면 메모리 어 드레스에 저장해 둔 정보는 읽어 버린다. 일반적으로 노트북에서는 자가 리프래시 메모리를 사용한다. 이러한 메모리는 스스로 리프래시를 하는데, 이것은 CPU나 다른 디바이스들은 포함하지 않는 것을 의미하며, 파워를 덜 필요하게 된다. 이런 이유로 배터리 소모에 도움을 주기 때 문에 오랫동안 사용할 수 있다.
- RAS(Row Address Strobe)
DRAM의 억세스시 번지지정을 위해서 사용하는 신호이다. 대부분의 DRAM은 전체 주소 버스를 두 부분으로 나누어 행(Row)과 열(Column) 주소를 받아들이는데, RAS는 행주소를 받아들일 때 사용되는 단자이다.
- CAS(Column Address Strobe)
DRAM에 데이터를 쓸 것인지, 아니면 저장된 데이터를 읽을 것인지 결정하는 입력단자이다
4. 메모리의 분류
|
4-1. RAM과 ROM
1. RAM (Random Access Memory)
RAM은 읽기(read)와 쓰기(write)가 모두 가능한 메모리의 총칭이다. 전기가 공급될 때나 한시적으로 정보를 저장하며 휘발성이라 한다. RAM은 다시 시스템 메모리나 그래픽 메모리로 사용하는 DRAM(EDO RAM, SDRAM, RDRAM등)과 cache 메모리로 사용하는 SRAM으로 구분한다.
2. ROM (Read Only Memory)
ROM은 읽기는 가능하나 쓰기는 불가능한 메모리를 말한다. 전기 공급이 없어도 정보를 상시 저장해 둘 수 있는 메모리로 비휘발성이라 한다. ROM은 메인보드 BIOS나 그래픽 BIOS용으로 많이 사용하며 -특별한 방법에 한하여 쓰기가 가능한 EPROM, EEPROM 등이 있다.
※ 참고: 플로피디스크나 하드디스크와 같은 장치 역시 정보를 저장하거나 검색할 수 있지만 이들은 메모리와 다르게 저장 장치(Storage device)로 분류한다.
- DRAM과 SRAM
RAM은 적정수준의 전원 공급에 따라 도체가 되는 반도체의 성질을 이용하여 기록 및 소거가 가능하도록 만들어진 장치이다. RAM의 기본 소재가 되는 반도체의 경우 전원이 공급되는한 지속적으로 자료가 유지되는 제품과 전원이 공급되더라도 시간이 지나면 방전되어 기록이 지워지는 두 종류의 제품이 있다.
전자를 SRAM이라하고 후자를 DRAM이라고 한다.
RAM은 HDD 등의 보조기억장치와는 달리 전기 신호에 의해 기록하는 장치이므로 상대적으로 속도가 빠른 편이다. 기록 및 삭제 속도는 ns(10억 분의 1초)라는 단위로 나타낸다.
DRAM과 SRAM의 차이점
구 분 |
DRAM |
SRAM |
리플래시와 충전 |
주기적 |
필요없다 |
액세스 주기 |
느리다 |
빠르다 |
회로구조 |
단순하다 |
복잡하다 |
칩 크기 |
작다 |
크다 |
가격 |
싸다 |
비싸다 |
용도 |
일반 메모리 |
캐쉬 메모리 |
4-2. DRAM (Dynamic RAM, 동적 RAM)
일정시간이 지나면 전원이 공급되더라도 저절로 기록이 사라져버리는 반도체를 소재로 사용한 RAM이다. DRAM의 경우 한번기록된 자료도 시간이 지나면 지워지기 때문에 일정한 간격으로 다시 기록해주는 작업을 반복해야만 한다.
기록된 자료가 지워지지 않도록 일정주기로 다시 기록해주는 작업을 refresh 라고 한다.
DRAM은 capacitor(컨덴서)와 트랜지스터로 구성되어 있다. 컨덴서는 전기를 충전하고 트랜지스터는 컨덴서를 충전시키 거나 방전시키는 역할을 한다. DRAM은 메모리 직접 회로(IC) 내의 컨덴서에 정보를 저장한다. 이 충전기는 시간(약 2 ms) 이 지나면 자연 방전하므로 이를 방지하기 위하여 재충전(refresh, recharge) logic 회로를 가지고 있다. 이와 같이 Dynamic RAM은 항상 재충전을 해야하기 때문에 동적(dynamic) RAM이라고 부른다. DRAM이 재충전하는 순간을 wait state(대기 상태)라고 부르며 대기 상태에서는 프로세서가 메모리를 읽을 수 없다. DRAM은 그 종류에 따라서 wait state가 다르며 느린 것은 5회 빠른 것은 1회의 wait state를 가진다. DRAM은 항상 재충전을 해야 하므로 속도가 느린 대신에 단위 면적 당 저장 능력이 높은 특성을 가지고 있어 고용량이 필요한 주 메모리로 사용한다.
- DRAM의 종류
① FPM RAM (Fast Page-Mode RAM) RAM 중에서 가장 오래된 형태로써 EDO RAM이 나타나기 이전까지의 모든 메모리가 바로 fast page-mode RAM이다. 그 당시 메모리라고는 이 한가지만 존재하였기 때문에 종류를 구분할 필요가 없었다. 따라서 특별히 FPR RAM이란 명칭 을사용하지 않았으며 단지 RAM 또는 DRAM이라고 불렀다. 최근에 와서 여러 가지 새로운 형태의 DRAM이 나타났기 때 문에 이들과 구분하기 위하여 FPM RAM이란 명칭을 사용하고 있다.
FPM RAM은 초기에 120 ns의 access time으로 느리게 동작하였으나 점차 기술이 발전하여 60ns까지 빨라졌다. 그러나 60 ns FPM RAM이라고 해도 30 MHz의 bus speed가 한계여서 486 프로세서까지의 주 메모리로 사용할 뿐 펜티엄급 이 상의 시스템에서는 사용하지 않는다.
② EDO RAM (Extended Data Output DRAM) FPM RAM과 형태가 동일한 것이지만 프로세서가 메모리의 특정 주소를 호출할 때 그 근처에 있는 주소까지 함께 읽어 순차적 읽기 속도를 개선한 점이 다르다. EDO RAM은 메모리 주소 access를 매번 새롭게 갱신하는 대신, 앞서 access 했던 주소 근처에 머물러 있기 때문에 access 속도가 FPM RAM보다 40 % 정도 더 빠르다. EDO RAM은 bus speed가 66MHz 일 때 효율이 높아지므로 펜티엄 프로세서용 메모리로 많이 사용하였다. 초기에 70 ns, 나중에 50 ns 속도의 메모 리가 출시되었으며 전송률은 80 MB/s 정도이다.
③ BEDO RAM (Burst EDO RAM) BEDO RAM에 적용된 Burst 기술은 EDO DRAM의 access 속도를 더 빠르게 향상시키기 위하여 나타난 것으로써, data 를 큰 덩어리 형태로 전송하고서 이것을 잘게 나누어 연속적으로 폭발(burst)하듯 처리하는 기술이다. BEDO RAM은 EDO RAM과 SDRAM 사이에 잠시 등장하였다가 사라진 DRAM의 일종이다.
④ SDRAM (Syncronus DRAM) RAM의 모든 입출력 신호들을 100 MHz 이상의 속도로 bus speed와 동기화(synchronized, 시간을 맞춤)시킬 수 있으며 2 개의 메모리 page를 동시에 열 수도 있다. SDRAM은 인텔 430VX chipset이 지원하기 시작하여 현재의 모든 펜티엄 II 시스템의 주 메모리로 사용하고 있으며 그래픽 메모리로도 사용하고 있다. Access time은 6-12 ns이며 전송률은 133 MB/s 정도이다. 일반적인 구형 메모리들은 시스템 클럭과 비동기로 동작하지만 SDRAM은 동기 동작하므로 구형에 비 하여 새롭고 종류가 다른 RAM이다. SDRAM은 시스템 클럭과 연동하며 100 MHz 또는 그 이상의 메모리 bus 스피드에 서 access 당 1 클럭 사이클(0 wait state)이고 메모리 읽기/쓰기를 burst mode로 처리하도록 디자인하였다. SDRAM은 칩셋이 지원하면 시스 템 타이밍 5-1-1-1을 지원한다. SDRAM은 내부적으로 많은 성능 개선을 이루어 억세스 속도를 빠 르게 하였는데, 예를 들면 '내부 인터리빙'(시스템 메모리 모듈 내의 기억 장치 소자에 주소를 배정하는 방법의 일종으로, 연속적이 아닌, 일정한 수의 배수만큼 거리를 두고 주소를 배정하는 기법) 기법은 절반의 모듈이 access(메모리의 정보 입출력)를 마칠 때 나머지 절반의 모듈이 access를 시작한다.
SDRAM은 펜티엄 시스템 후반기부터 빠르게 새로운 메모리 표준으로 자리잡았는데, 그 이유는 이 메모리의 동기식 디자 인 기술이 높은 버스 스피드를 지원할 수 있었기 때문이다. 특히, FSB100MHz를 사용하는 펜티엄 II 프로세서 Deschutes 와 440BX 메인보드가 발표된 이후부터는 선택의 여지가 없이 SDRAM이 시스템 메모리의 주종을 이루었고 그래픽분야도 이 메모리를 주로 사용하였다.
⑤ SLDRAM 산타클라라 대학 (Santa Clara University, 미국 캘리포니아) 내의 SCIzzL협회에서 개발한 새로운 SDRAM 표준으로써 bus speed를 더 높이고 명령, 주소, 타이밍을 패킷(packets, data의 작은 묶음들) 단위로 만들어 SDRAM의 성능을 개선 하였다. 아직 제품이 출시된 것은 아니지만, 이 기술을 사용하면 DRAM chip 디자인 개발 의존도가 낮아지며 고성능의 메모리를 싼 가격으로 생산할 수 있기 때문에 이상적이다.
⑥ RDRAM (Rambus DRAM) 지금까지 발표된 메모리 중에서 특성이 가장 우수하여 차세대 multi-processor 시스템에 많이 쓰일 메모리이다. Rambus DRAM은 500-700 MB/s의 탁월한 전송률을 자랑하며 direct RDRAM(출시 예정)의 경우 1.5 MB/s(이론상 1.6 MB/s)에 이른다. 현재의 SDRAM이 133-200 MB/s인 것에 비하면 4 배나 빠른 것이다. 펜티엄 II uni-processor(single processor) 시스템에서 SDRAM은 충분히 그 역할을 수행하고 있지만, 향후 2 개 이상의 프로세서(multi-processor)를 사용하여 133 MHz 이상의 system bus speed로 동작시키는 시스템에서는 대역폭(bandwith)이 포화 상태가 되어 곤란 하다. RDRAM은 이와 같이 단일 프로세서보다 멀티프로세서 시스템에 적합한 메모리이다. 그러나 Rambus DRAM은 대 기시간 (latency)이 길어 이를 먼저 기술적으로 해결해야 하는 과제가 남아 있다. 램버스 DRAM은 시러스 로직 (Cirrus Logic)사의 그래픽 가속기 (Laguna chip)용 그래픽 메모리로, 또한 크로매틱 (Chromatic)사의 그래픽 가속기(MPact 23 DVD chip)용 그래픽 메모리로 두 차례 출시된 적이 있으나 불행하게 두 번 모두 인기를 얻지 못하였다.
1999년 초, 인텔 펜티엄 III 프로세서가 발표되면서부터 RDRAM은 시스템 메모리의 주종이 될 시기가 더욱 앞당겨지고 있 다. 133 MHz 이상의 높은 시스템 bus 스피드를 사용하는 시스템에서는 RDRAM 이외의 대안이 없기 때문이다.
1999년 9월에 인텔이 발표한 i820 메인보드 VC820 엔지니어링 버전에 128 MB 용량의 Rambus DRAM이 포함되어 있었 는데, 이것은 대역폭 400 MB/s의 초기형 RDRAM이다. 시스템 메모리용으로 제작한 RDRAM 모듈은 SDRAM과 외형이 비슷하지만 메모리 소켓의 홈(2 개의 홈이 있음) 위치가 다르기 때문에 SDRAM용 DIMM 소켓에 설치할 수 없으며 i820 메인보드의 RDRAM 전용 소켓에만 설치할 수가 있다.
DRAM의 종류별 전송률 비교
메모리의 종류 |
EDO RAM |
EDO SDRAM |
고속 SDRAM |
SGRAM |
RDRAM(C/C) |
RDRAM(Direct) |
전송률(MB/s) |
80 |
133 |
200 |
400 |
700 |
|
4-3. SRAM (Static RAM, 정적 RAM)
1. SRAM(Static RAM, 정적 RAM)
전원이 공급되는한 기록이 지속적으로 유지되는 반도체를 기본소재로 사용한다.
DRAM 과는 달리 일정한 간격으로 다시 기록해주는 리프레시 작업이 필요없기 때문에 속도가 매우 빠르다.(5-20ns)
따라서 SRAM은 마이크로 프로세서와 DRAM사이에서 속도 편차를 줄여주는 역할을 하는 레벨2캐시나 마이크로 프로세서에 내장된 레벨1캐시와 같이 소량의 고성능 부품위주로 사용된다.
DRAM은 끊임없이 재충전을 하므로 SRAM과 구조적으로 다르다. SRAM은 쓰기 명령이 있을 경우에만 재충전을 할 뿐, 평소에는 멈추어 있기 때문에 정적(static) RAM 이라고 부른다. SRAM은 DRAM보다 몇 배 더 빠르지만 고가여서 소량(512 KB 정도)을 cache(level 2 cache)용으로 사용 한다.
2. SRAM의 종류
① Async SRAM (Asynchronous SRAM, 비동기식 SRAM) 386 시절부터 L2 cache로 사용하기 시작하였다. 그 당시 DRAM의 속도는 100-120 ns인 것에 반하여 Async SRAM의 속도는 12/15/20 ns이므로 10 배나 빠르게 동작하였다. Aync SRAM은 시스템 clock과 다르게 동작(비동기식)하므로 프로세서가 이 L2 cache로부터 자료를 가져(ba오려면 대기(wait) 시간이 필요하다. 대기 시간이 DRAM만큼 길지는 않으나 여전히 프로세서는 그 시간만큼을 기다려야 한다. 여하튼 DRAM에서 직접 data를 가져오는 것보다 빠르기 때문에 효과 가 있다.
② Synch SRAM(Synchronous Burst SRAM, 동기식 SRAM) 동기식 SRAM은 프로세서가 SRAM으로부터 자료를 가져오기 위하여 기다리지 않아도 되므로 비동기식에 비하여 더 빠 르게 동작한다. 그러나 bus speed가 66 MHz에 달하면 전송률이 급격하게 떨어지는 단점이 있어 펜티엄 시스템부터 사 용하지 않는다. 동기식 SRAM의 access 속도는 8.5-12 ns이다.
③ PB SRAM (Pipelined Burst SRAM) 펜티엄 II 시스템을 비롯하여 현재 가장 많이 사용하고 있는 L2 cache 형태가 바로 PB SRAM이다. Burst기술과 Pipeline 기술을 이용하였으며 대기 시간이 없고 66 MHz 이상의 bus speed를 사용하는 시스템에서 빠르게 동작한다. 133 MHz bus speed에서 역시 문제없이 동작하며 access 속도는 4.5-8 ns이다.
- 그 외 RAM
① Enhnaced RAM(EDRAM) EDRAM은 DRAM과 메인보드에 L2캐시에 사용되는 SRAM를 대신해서 사용한다. 일반적으로 35 ns의 DRAM 안에 15 ns 의 SRAM 256바이트가 들어있으며, 내장된 SRAM으로 인해 한 번에 256바이트에 달하는 페이지 메모리를 유지한다. EDRAM은 15ns 정도의 억세스 속도를 가지며, L2캐시는 SIC 칩에서 대신한다. 일반적으로 시스템 성능은 40%정도 증가 하며, EDRAM은 각각의 쓰기 통로를 별도로 가지고 있다.
② vrAM vrAM은 특히 VGA 카드와 같이 비디오 회로에 사용하도록 만든 칩으로 컴퓨터의 비디오 회로쪽 뿐 아니라 디지털 효과 를 가지는 TV에서도 vrAM을 사용하기도 한다. 앞서 설명한 램의 특징은 일반적인 메모리에 해당되며 vrAM에는 알맞 지 않다. 일반 램과 vrAM이 다른 점은 동시에 읽고 쓰는 동작을 할 수 있는지의 여부로 일반 램은 어드레스 버스와 데 이터버스가 한 시점에서 한 가지의 동작밖에는 할 수 없지만, vrAM은 데이터를 칩 안에 쓰는 동안 다른 쪽으로는 데이 터를 읽어낼 수 있다. 이러한 특징 때문에 vrAM(Dual-Port RAM)이라고 하며 훨씬 더 부드러운 그래픽을 제공한다.
③ Shadow RAM 롬 바이오스를 사용하는 프로그램을 작성하고자 한다면 롬 바이오스는 100 ns ∼ 200 ns 정도의 느린 EPROM에 기록되 어서 프로그램의 속도를 저하시키는 현상을 가진다. 예를 들어 주메모리나 캐시메모리가 70ns로 사용중인 프로그램에서 200ns의 롬 바이오스를 불러들이면 마치 경주차가 경운기의 속도에 맞추어 느려지는 결과와 같다. 사용자들은 이러한 현 상을 방지하기 위해서 바이오스의 쉐도우를 사용한다.
바이오스 쉐도우는 롬 바이오스 기능의 일부를 주 메모리 내에 옮겨놓은 것을 말하는데, CPU가 롬 바이오스를 부르면 주 메모리에 옮겨진 바이오스 루틴이 바로 실행되므로 시스템의 전체적인 속도를 향상시켜 준다. 이 기능은 286 이상의 PC 에서 사용된다.
④ SGRAM(Synchronous Graphic RAM) SGRAM은 비디오카드에서 사용된다. 메모리의 기본동작은 SDRAM과 같지만 추가적으로 블록 쓰기(Block Write)라는 기능이 추가되었다. 블록 쓰기 모드를 이용하면 비디오 메모리의 일정 영역에 같은 데이터를 기록할 수 있으며, 이것은 특정한 그래픽 효과나 동작에 유용하다.
⑤ FIFO(Fisrt-in-First-Out) FIFO는 어드레스버스가 없는 메모리지만 데이터 버스는 2개를 가지고 있다. 한 쪽 데이터 버스는 읽기 전용 입력 데이터 버스이며, 다른 한 쪽은 읽기 전용 출력 데이터 버스이다. 입력 데이터 버스에서 데이터를 쓰면 이 데이터는 칩 내부에서 바로 앞에 입력되었던 데이터의 바로 뒤에 놓이게 된다. 그 다음 입력되는 데이터는 다시 그 밑에 놓이게 되어, 먼저 들어 간데이터가 먼저 나오는 순서로 데이터가 읽혀진다. 입력과 출력 데이터 버스는 서로 동시에 사용될 수도 있으며, 만약 입력된 것이 다 읽혀지고 더 이상 입력데이터가 없으면 출력 쪽으로 FIFO-Empty 신호가 발생하여 더 읽는 것을 방지한 다.반대로 입력 데이터 버스에서 계속 데이터를 넣는데 출력 쪽에서 읽는 속도가 느리거나, 읽지 않으면 메모리칩이 가 득차서 FIFO-full신호가 발생한다. 이러한 FIFO는 서로 속도가 다른 두 시스템의 인터페이스에서 주로 사용되며, PC에 서는 비디오 칩셋이나 RS-232C 인터페이스 칩 내부에서 사용된다. |
1. 메인보드 정의
|
컴퓨터 시스템의 주요 구성 부품들을 설치, 연결, 조절하는 주 회로 기판(main circuit board)을 메인보드 (main-board)라고 한다. 메인보드를 인체에 비교하면 골격, 신경 조직, 혈관과 같은 역할을 한다.
컴퓨터를 구성하는 주요 부품들(CPU, 램, 그래픽카드 등)은 메인보드에 직접 설치하며 시스템 내의 다른 부품들(P/S, HDD, FDD, CD-ROM drive )과 시스템 외부의 장치들(키보드, 마우스, 프린터)이 메인보드에 연결되어 있다.
컴퓨터의 모든 장치는 직접적이든 간접적이든 간에 메인보드에 연결된다. 모니터 역시 그래픽카드를 통하여 메인보드에 연결되었고 스피커나 마이크도 사운드카드를 통하여 메인보드에 연결된 상태이다.
컴퓨터의 모든 장치는 메인보드에 거미줄처럼 연결된 버스를 통하여 정보를 교류하며 그 흐름을 적절히 조정하는 역할을 메인보드가 맡고 있다.
전원 장치가 공급하는 전력은 메인보드에서 다시 조절(Voltage Regulator로 전압을 조절)하여 프로세서에 공급하며 메인보드에 설치된 각종 장치에 분배하고 또한 외부 장치(키보드, 마우스, 조이스틱 등)에 보낸다.
메인보드는 컴퓨터 중에서 프로세서 다음으로 중요한 역할을 수행하며 가장 많은 부품들로 이루어진 장치이고 그 핵심 부품은 chipset이다. 또한 마엔보드는 시스템의 안정성과 호환성에 영향을 주는 장치이기도 하다. |
2. 메인보드의 분류
|
(1) 형태에 따른 분류 |
▒ AT 방식 |
|
AT형이란 최초에 설계된 IBM-PC의 표준 규격으로 XT부터 지금의 펜티엄 이상의 컴퓨터에 이르기 까지 17년 이상 사용되어 온 규격이다.
확장성과 호환성에서 우수하나 너무 오래된 규격으로 CPU의 크기가 과거에 비해 대단히 커지고 방열의 문제와 외부 인터페이스가 보드에 내장되는 추세에도 불구하고 이를 모두 케이블을 이용하여 연결해야 하는 불편함 등이 있다.
◀ AT 방식 메인보드 | |
▒ ATX 방식 |
◀ ATX 방식 메인보드
|
AT형의 불편함을 개선하고자 만든 규격이 ATX 형이다. 메인보드의 모양인 AT형에 비해 넓고 짧은 모양으로 키보드, 프린터 포트, 시리얼 포트, PS/2 마우스 포트, USB 포트 등을 메인보드에 붙박이로 설치하여 연결선을 줄였으며 CPU의 위치 등 기존 부품 설치 위치를 조정하여 발열 문제의 해결이나 긴 카드의 장착 등을 용이하게 하였다.
또 소프트 방식의 전원 스위치를 채택해 소프트웨어적인 전원 OFF와 외부의 신호(모뎀, 네트 워크의 입력)로 전원이 켜지는 PS On 기능 등의 편리한 기능도 지원이 된다. 이외에도 많은 장점이 있어 미래의 표준으로 자리 잡을 만한 규격이다.
| |
(2) 칩셋의 종류에 따른 분류 |
chipset은 메인보드의 핵심 부품이며 프로세서를 설계할 때 칩셋 역시 함께 만든다. 따라서 프로세서마다 사용할 수 있는 칩셋의 종류가 지정되어 있으며 그와 반대로 칩셋에 따라서 사용할 수 있는 프로세서의 종류가 미리 정해져 있다.
|
1. 486까지의 칩셋 XT부터 486 시스템까지의 메인보드들은 칩셋이 단순한 기능(bus control 등)만 수행하였다. 키보드를 제외한 기본적인 입출력 기능들(직렬 및 병렬 컨트롤러, FDD 및 HDD 컨트롤러)조차 별도로 설치한 확장 카드가 그 역할을 담당하였다.
2. 펜티엄 이후의 칩셋 칩셋의 중요성이 대두된 것은 펜티엄 프로세서를 발표한 이후부터이다. 그 주된 이유는 펜티엄 시스템의 메모리 관리 기능 (칩셋이 역할 담당)이 대폭 증가(메모리 bus를 64 bit로 확장)하였고 디스크 컨트롤 기능을 칩셋에 포함시켰기 때문이다.
|
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.cncpc.co.kr%2Fdataroom%2Fhardware%2Fmainboard%2FS7_pentium_mainboard.jpg) [ 펜티엄용 메인보드 ] |
펜티엄 프로세서용 메인보드는 각종 입출력 컨트롤러(super I/O용, drive용) 이외에 Voltage Regulator(프로세서 및 메모리용 전압 조절 장치, 5V를 3.3 - 2.8V로 낮추어 제공)를 내장하고 있다. 시스템 스피드를 50, 60, 66 MHz로 높였으며 처음으로 L2 cache(256-512 KB)를 사용자 옵션으로 메인보드에 설치할 수 있도록 하였다.
메모리 소켓이 30 핀용에서 72 핀용으로 변하고 VESA bus용 슬롯을 없애고 PCI bus용 슬롯으로 대치하였다.
오래동안 사용하던 AT형 form factor의 단점을 보완한 ATX형 메인보드가 출현하여 케이스 및 전원 역시 ATX형으로 바뀌었다.
결국 부품들의 형태가 거의 모두 바뀌어 486 시스템 중 펜티엄에서 계속 사용(업그레이드)할 수 있는 것은 디스크 드라이브(HDD,FDD, CD-ROM drive 등)와 ISA bus용 확장 카드(사운드, 모뎀, LAN 카드 등) 몇 가지 밖에 없다.
|
3. 펜티엄 Ⅱ용 메인보드 (Slot 1) |
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.cncpc.co.kr%2Fdataroom%2Fhardware%2Fmainboard%2Fpentium2_slot.jpg) [ 펜티엄 Ⅱ 슬롯형 메인보드 ] |
펜티엄 II용 메인보드의 특징으로 그래픽 기능 향상을 위한 AGP(가속 그래픽 포트) bus를 새롭게 추가하고 프로세서 설치용 소켓을 Slot 방식으로 변경하였으며 66 MHz와 함께 100 MHz 시스템 버스 스피드를 지원하는 점을 들 수 있다. 펜티엄용은 L2 cache를 메인보드에 설치하지만 펜티엄 II는 L2 cache를 프로세서(또는 카트리지)에 내장하고 메인보드에는 설치하지 않는다.
440LX, 440BX, 440EX 칩셋을 사용한 메인보드는 대부분 233-450 MHz 펜티엄 II 프로세서와 266-333 MHz Celeron 프로세서를 지원하며 99년부터의 440BX 메인보드 중에는 600 MHz 이상의 펜티엄 III 프로세서까지도 지원하는 경우가 있다. |
99년부터 인텔이 i810 chipset을 발표함에 따라서 소켓형 Celeron 프로세서를 위한 전용 메인보드가 출시되었다.
Socketed Celeron은 프로세서의 핀 수가 370 개로써 기존의 소켓 7(321핀, 펜티엄용)보다 핀 수가 더 많은 점이 특징이다. 이 보드는 저가로 복합형 기능을 부가할 수가 있도록 설계 하였다. AGP 포트 대신에 AMR(Audio/Modem Riser) 포트를 갖추어 모뎀 라이저(MR) 카드또는 오디오/모뎀 라이저(AMR) 카드를 AMR 포트에 설치하면 해당 기능을 쓸 수 있게 된다.
소켓형 셀러론 프로세서와 i810 메인보드를 이용하여 싼 값으로 업무용 시스템을 구축한다는 목표는 좋으나 현실적으로 빠르게 변화하는 하드웨어 세계에서 단 한가지의 특정 프로세서(소켓형 셀러론)만을 위한 메인 보드의 성공 가능성은 매우 낮은 편이다.
|
|
4. 펜티엄 Ⅲ (133MHz FSB)용 i820 메인보드 |
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.cncpc.co.kr%2Fdataroom%2Fhardware%2Fmainboard%2Fpentium3_mainboard.jpg) [ 펜티엄 Ⅲ 메인보드 ] |
99년 말에 나온 133MHz FSB 펜티엄 III용 메인보드에는 i820 chipset이 사용된 다. 현재의 440BX 메인보드도 펜티엄 III 프로세서를 지원하고는 있지만 펜티엄 III의 본 래 설계 목표에 부합하는 것이 아니며 단지, 경쟁사인 AMD Kx 프로세서를 의식하여 인 텔사가 성급하게 발표하였을 뿐이다. 133MHz FSB를 사용하는 펜티엄 III용 메인보드로 는 i820 chipset이 가장 적합하다. 물론, 440BX 메인보드도 133MHz FSB를 지원하지만 direct RDRAM을 지원하지는 못한다.
133MHz FSB 시스템 구축을 위하여 시스템 메모리 역시 PC-133용이라야 하는데, 현재 의 SDRAM은 기술적으로 100MHz의 벽에 도달한 상태이다. direct RDRAM은 133MHz 이상의 높은 주파수로 동작할 수 있어 차세대 시스템 메모리로 적합하다.
i820 메인보드는 칩셋이 Ultra DMA/66을 지원하므로 Ultra ATA/66 지원 HDD의 성능을 제대로 발휘하게 만든다. 이를 기점으로 현재의 32GB HDD 용량 한계를 TB(Tera Bytes, 1,000GB) 수준으로 높인 BIOS가 탑재된다.
i820 메인보드는 AGP 4x를 지원하므로 그래픽 처리 속도를 더 빠르게 한다.
PCI 슬롯은 현재 4개까지 Bus Mastering을 지원하고 있으나 i820부터 6개의 PCI 슬롯 모두가 Bus Mastering을 지원하고 그대신 ISA 슬롯은 모두 없앴다.
|
5. i815 메인보드 |
i815 칩셋은 i810 칩셋의 후속 모델이다. i820 칩셋의 부진으로 인한 공백을 '잠시 메워 주기 위한' 제품에 불과하며 i815 칩셋은 인텔의 허브 아키텍처를 그대로 계승하면서 PC133 SDRAM과 AGP 4X를 지원하고 울트라 ATA 66 등을 지원함으로써 사실 694X 칩셋에 빼앗겼던 하이엔드 데스크톱의 시장을 탈환하려는 전략적 칩셋이다.
그래픽 코어가 직접 내장되어 있고 810 칩셋과 마찬가지로 인텔 i752 칩셋의 코어를 내장하고 있으며, 그 결과 별도의 그래픽 카드 없이도 동작한다.
다만810 칩셋과 달라진 점은 AGP 4X 슬롯을 가지고 있다는 점인데, 여기에 AGP 카드를 꽂으면 내장된 i752 코어는 정지하고 외부 AGP 카드만 동작한다
|
6. Slot Ⅱ 프로세서용 메인보드 |
Slot II를 사용하는 메인보드는 Zeon 프로세서와 같이 서버 시스템을 위한 멀티 프로세서용으로 쓰인다. 따라서 일반 개인용 컴퓨터(PC)가 Slot II 프로세서용 메인보드를 사용하는 경우는 극히 드물다.
|
7. VIA 메인보드 |
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.cncpc.co.kr%2Fdataroom%2Fhardware%2Fmainboard%2Fvia_mainboard.jpg) [ VIA 메인보드 ] |
VIA의 694X North Bridge와 686A South Bridge를 장착한 제품으로 Dual 기능을 지원하는 제품. FSB 133MHz로 동작하는 Pentium III를 지원하며, Slot 1을 2개 장착하고 있다. DIMM 슬롯은 4개가 장착이 되어 있으며, PCI 슬롯은 4개가 지원되며, 2X 및 4X AGP 카드를 모두 지원하는 Universal AGP 슬롯이 지원된다. ISA 슬롯은 없다.
특이한 점으로는 Mainboard의 PCB 기판위에 SCSI 컨트롤러 및 SCSI 커넥터용 회로와 LAN 컨트롤러 회로가 배치되어 있다는 점이다.
Apollo Pro133A 칩셋을 탑재한 Dual Mainboard는 133MHz의 FSB로 동작하는 Pentium III 를 지원하는 저가격 Dual 환경으로서 주목되고 있다. 또한, Intel사에서 제작 되는 칩셋에서는 지원이 불가능한 VC-SDRAM을 지원하는 등, 여러 측면에서 좀 더 낳은 Dual 환경을 제공한다고 볼 수 있다.
|
비아칩셋을 사용하여 애슬론 프로세서를 지워하는 제품으로 PC133, AGP 4X, UDMA 66등을 지원하는 스펙상으로 아주 뛰어난 제품이다. 하지만 KX133보드의 초기 제품으로 이 주요기능들에 대해 안정성이나 호환성등이 자세히 입증되고 있지 않은 상태라 여러 매체를 통해 잘 따져보고 구입할 필요가 있는 KX133보드이다
850MHz까지와 이 이상의 Athlon 프로세서를 지원하며 200MHz의 FSB를 사용한다.
3개의 DIMM을 제공하여 최고 768MB의 메모리를 지원하며 PC100/PC133/VCM SDRAM을 지원한다.
|
VIA Apollo Pro KT- 133칩셋 AMD 최신형 썬더버드와 듀론을 완벽지원하고 266MHz의 FSB까지 오버 클럭킹이 가능하다.
AGP 4배속과 U-DMA 66MHz 지원하고 AMD 썬더버드 프로세서 750/800/850/900/950MHz,1GHz, 1.1GHz 지원 AMD 듀론 프로세서 600/650/700MHz와 차후 프로세서를 지원 한다.
SDRAM(133MHz)를 지원하며, 최대 1.5GB까지 메모리를 늘릴 수 있습니다. 5개의 32bit PCI슬롯과 1개의 ISA 슬롯, 1개의 AGP슬롯, 1개의 AMR슬롯을 제공합니다.
2. 메인보드의 분류
|
(3) 칩셋별 특성의 요약 |
|
430FX 칩셋 |
430HX 칩셋 |
430VX 칩셋 |
430TX 칩셋 |
440FX 칩셋 |
CPU 지원 |
소켓 5, 소켓 7 |
소켓 5, 7, 듀얼 CPU |
소켓 5, 7 |
소켓 7 |
펜티엄 프로 |
최대 메모리 |
128MB |
512MB |
128MB |
256MB |
1GB |
메모리 지원 종류 |
FPM, EDO |
FPM, EDO |
FPM, EDO |
FPM, EDO, SDRAM |
FPM, EDO |
최대 L2 캐시 |
512KB |
512KB |
512KB |
512KB |
512KB |
USB 지원 |
X |
○ |
○ |
○ |
X |
울트라 ATA 지원 |
X |
X |
X |
○ |
○ |
AGP 지원 |
X |
X |
X |
X |
X |
ACPI 지원 |
X |
X |
X |
○ |
X |
|
|
440LX 칩셋 |
440EX 칩셋 |
440ZX 칩셋 |
440ZX66 칩셋 |
440BX 칩셋 |
CPU 지원 |
슬롯 1, 듀얼 CPU 지원 |
슬롯 1 (FSB 66MHz) |
슬롯 1 (FSB 66/100MHz) |
슬롯 1 (FSB 66/100MHz) |
슬롯 1 (FSB 66/100MHz) 듀얼 CPU 지원 |
최대 메모리 |
1GB |
256MB |
256MB |
256MB |
512MB |
메모리 지원 종류 |
FPM, EDO, SDRAM |
EDO, SDRAM |
SDRAM |
SDRAM |
SDRAM |
최대 L2 캐시 |
512KB |
512KB |
512KB |
512KB |
512KB |
USB 지원 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
울트라 ATA 지원 |
○ |
○ |
Ultra DMA/33 |
Ultra DMA/33 |
Ultra DMA/33 |
AGP 지원 |
2X |
2X |
2X |
2X |
2X |
ACPI 지원 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
|
|
440GX 칩셋 |
440NX 칩셋 |
i820 칩셋 |
i810E 칩셋 |
CPU 지원 |
펜티엄II·제온 (FSB 100MHz), 듀얼 CPU 지원 |
펜티엄II·제온 (FSB 100MHz), 4개의 CPU 지원 |
370소켓, 셀러론, 펜티엄II (FSB 66/100MHz) |
370 소켓, 셀러론, 펜티엄III (FSB66/100/133MHz) |
최대 메모리 |
2GB |
8GB |
256MB |
256MB |
메모리 지원 종류 |
SDRAM |
EDO, SDRAM |
SDRAM |
SDRAM |
울트라 ATA 지원 |
Ultra DMA/33 |
Ultra DMA/33 |
Ultra DMA/66 |
Ultra DMA/66 |
AGP 지원 |
2X |
2X |
2X |
2X |
PCI 지원 |
○ |
○ |
PCI Rev. 2.2 |
PCI Rev. 2.2 |
GMCH |
X |
X |
X |
X |
DVMT |
X |
X |
X |
X |
|
|
i840 칩셋 |
i820 칩셋 |
i820E 칩셋 |
i815 칩셋 |
CPU 지원 |
펜티엄II·Ⅲ (FSB 100/133MHz) |
펜티엄II·Ⅲ (FSB 100/133MHz), 듀얼 CPU 지원 |
펜티엄II·Ⅲ (FSB 100/133MHz), 듀얼 CPU 지원 |
펜티엄II·Ⅲ (FSB 66/100/133MHz), 듀얼 CPU 지원 |
최대 메모리 |
2GB |
1GB |
1GB |
512KB(PC133지원) |
메모리 지원 종류 |
RDRAM |
RDRAM |
RDRAM |
RDRAM |
울트라 ATA 지원 |
Ultra DMA/66 |
Ultra DMA/66 |
Ultra DMA/66 |
Ultra DMA/66 |
AGP 지원 |
4X |
4X |
4X |
4X |
PCI 지원 |
○ |
○ |
○ |
○ |
GMCH |
X |
X |
X |
X |
DVMT |
X |
X |
X |
X | |
3. 메인보드의 구성요소
|
(1) PCB (Printed Circuit Board)
|
PCB는 격자 형태의 유리섬유(fiberglass)를 에폭시로 고착, 건조시킨 부도체 판에 도체인 구리(copper) 판을 붙여 원판을 만든다. 이런 원판으로 필요한 기판을 만들려면 디자인한 회로를 실크스크린(silk screen) 기법으로 원판에 인쇄(print)하여 불필요한 동판 부분을 묽은 염산 용액으로 녹인다음 세척, 건조 과정을 거쳐 완성한다.
인텔 칩셋을 사용하는 메인보드의 PCB인 경우에는 제한된 면적에 많은 회로 선을 배치하기 위하여 각기 다른 기판을 네 장 겹친 4 층(layer) 회로 기판을 주로 사용한다. 각 층을 제작한 후 모두 합쳐 하나의 PCB로 만들고서 드릴(drill)로 구멍을 내고 SMT (Suface Mounting Technology, 자동 부품 설치) 공정으로 부품들을 장착한 후 납땜(soldering), 검사 과정을 거친다.
PCB는 배선(wiring, 선 연결) 역할과 부품 형태 보호(mounting, 고정) 역할을 한다.
PC 본체 내부와 외부에 연결된 모든 부품들은 PCB를 통하여 신호를 교환하며 전원을 공급받는다. 같은 부품을 사용하여 메인보드를 만들더라도 회로의 설계 방법(배선의 폭, 길이, 간격, shielding, grounding 등)이나 부품의 배치 방법에 따라서 안정성이 달라지며 수 백 MHz의 높은 주파수로 동작하는 시스템에서는 회로 디자인에 의하여 고주파 간섭(interference)이 발생할 가능성이 높다. 따라서 메인보드 PCB 제작은 기술과 경험의 축적이 중요하다.
PCB를 염산 처리한 후, 충분히 세척(cleaning)하지 않으면 회로가 서서히 부식하여 원인 모를 고장이 발생하기 시작한다. 원가 절감을 위하여 정상적인 공정을 축소한 제품이나 두께가 얇은 PCB를 사용한 제품은 선택하지 않는 편이 바람직하다.
|
(2) 커넥터 |
1. IDE 커넥터 |
◀ IDE 커넥터 |
보통의 메인보드에는 2개의 IDE커넥터(40핀)가 있는데 첫 번째는 Primary, 두 번째는 Secondary 이다. 각각의 IDE에는 2개씩의 하드디스크를 연결할수 있고, IDE방식의 CD - ROM이나 Zip드라이브를 연결할 수도 있다.보통 연결하는 방법은 C 드라이브로 사용할 하드디스크를 Primary IDE 에 연결해야 한다는 규칙만 지킨다면 아무 제한 없다. (단 같은 IDE케이블에 연결된 장치를 동시에 마스터나 슬래이브로 잡으면 안된다)
ATA33보다 더 강화된 ATA66부터는 80선 IDE 케이블을 사용하고 있으며 메인보드의 커넥터는 이전과 동일하게 40핀(또는 39핀)을 이용한다. ATA100 역시 외형은 기존과 동일하며, 인텔 815 칩셋, 비아 686 칩셋에서부터 지원한다.
|
|
2. FDD 커넥터 |
◀ FDD 커넥터
|
FDD 커넥터 IDE 커넥터 옆에 위치하고 34개 핀으로 구성되었다. FDD 커넥토에도 두 개의 플로피디스크를 연결할수 있는데 IDE 방식과는 달리 A와 B를 케이블에서 구분한다. (10∼16번 케이블이 꼬여 있으면 A) |
|
3. 핀 커넥터 (Pin Connectors) |
◀ 핀 커넥터
|
메인보드에는 케이스 앞판의 각종 LED 및 스위치·버튼과의 연결을 위한 여러 종류의 핀 커넥터들이 있다.
핀 커넥터에는 전원 LED, HDD LED, Sleep LED 등 세 종류의 LED(발광 다이오드)용 커넥터와 전원 스위치(또는 버튼), 리셋 스위치, 슬립(Sleep,또는 Suspend) 스위치 등 세 종류의 스위치용 커넥터가 있다. 모든 LED는 극성이 있어 +와 -선을 커넥터에 바르게 연결해야 하지만, 스위치는 극성이 없다.
486 시스템에는 터보(turbo) 스위치와 터보 LED가 있으나 펜티엄부터는 터보 기능이 없어지고 그 대신 슬립 (절전) 스위치와 LED를 사용한다. 메인보드나 케이스에 따라서 슬립 기능이 없는 경우도 있다. AT형 시스템 은 기계식 전원 스위치가 전원에 직접 연결되어 있으며 ATX형 시스템은 전자식 전원 스위치가 메인보드에 연결된다.
|
|
4. 스피커 커넥터 |
케이스에 부착된 시스템용 스피커는 주로 바이오스의 에러 코드(error code)를 비프 음(beep sound)으로 사용자에게 전하기 위해 이용된다. 4개의 핀으로 구성된 스피커 커넥터는 양끝에 있는 2개의 핀만 사용하며, 극성이 있긴 하나 반대로 연결해도 정상적으로 동작한다.
|
5. 냉각팬 전원 커넥터 |
펜티엄II용 메인보드 중에는 CPU 팬, 케이스 보조 팬, 전원 팬 등 세 가지 팬을 연결할 수 있도록 커넥터가 마련된 것이 있다. 각 커넥터는 3개의 핀으로 구성되어 있으며, 한 개는 +12V 전원을 공급하고 다른 하나는 온도에 따라 RPM을 조절한다. 마지 막 핀은 접지용이다. 메인보드에 따라서 CPU 팬용 커넥터만 갖춘 것도 있다.
|
6. 키보드와 마우스 커넥터 |
|
구형 AT 메인보드는 대형 5 핀 키보드 전용 커넥터를 사용하여 키보드를 연결하고 마우스는 전용 커넥터가 없으므로 직렬 포트에 연결한다.
그러나 현재의 신형 ATX 및 NLX 메인보드는 2개의 소형 6핀 PS/2 커넥터에 키보드와 마우스를 연결한다. | |
|
3. 메인보드의 구성요소
|
(3) 포트 (Port) |
1. 패러럴 포트 (Parallel Port) |
병렬 포트는 한 번에 데이터를 8비트씩 주고받는 장치로 직렬 포트에 비해 속도가 8배 가량 높지만, 단거리만 지원한다는 단점이 있다. 프린터 포트용 널 케이블 모뎀을 사용하거나 프린터 포트에 프린터 이외의 장치(저장 장치(하드 디스크나 zip 드라이브)나 스캐너, 디지털 카메라, CCd-카메라)를 사용 프린터와 컴퓨터 간의 인터페이스는 주로 병렬 포트를 이용한다.
처음 병렬 포트로 사용되던 SPP(Single Parallel Port), 양방향 전송 규약인 Bi-Directional, 속도가 보다 향상된 EPP (Enhanced Parallel Port), DMA를 사용하여 EPP 보다 속도를 향상시킨 ECP(Extended Capability Port)등이 있습니다.
이들의 데이터 전달 속도는 SPP 방식이 100~150KB/초 EPP 방식이 2MB/초, ECP가 2.4MB/초 정도이다.
|
2. 시리얼 포트 (Serial Port) |
한 번에 데이터를 1비트씩 주고받는 장치로 최고 속도는 115,200bps 정도이지만 원거리에 안정적으로 데이터를 전송할 수 있다는 장점이 있다 외장형 모뎀이나 외장형 ISDN 시리얼 포트용 널 케이블 모뎀을 사용, 포트 번호는 바이오스 셋업이나 점퍼를 이용하여 변경
시리얼 포트에는 RS-232C, Access 버스, IrDA, USB, IEEE-1394의 5개의 포트가 있는데 우리가 흔히 사용하는 com 포트는 RS-232C이다. RS-232C포트는 9핀과 25핀 두 종류가 있는데 두 com 포트 모두 9핀만 사용
|
(4) JUMPER와 DIP MODULE |
점퍼(Jumper)는 메인보드나 주변 장치의 하드웨어 구성 정보를 수동 조절하기 위하여 사용 하는 사각 형태의 도체 플러그(plug)을 말한다. 점퍼를 핀에 꼽으면 연결(short, on, enable) 되고 뽑으면 개방(open, off, disable)된다. Jumper와 핀들. 2개의 핀이 한 조를 이루며 점퍼를 사용하여 on 또는 off 시킨다.
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.cncpc.co.kr%2Fdataroom%2Fhardware%2Fmainboard%2Fjumper.jpg) [ 점퍼 (JUMPER) ] |
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.cncpc.co.kr%2Fdataroom%2Fhardware%2Fmainboard%2Fdip.jpg) [ DIP 스위치 ] | |
메인보드에 따라서 점퍼 대신에 DIP module(여러 개의 초소형 스위치 조합)를 사용하거나 점퍼를 없애고(Jumperless) BIOS에서 키보드를 이용하여 조절하는 방식도 있다.
|
▒ 프로세서 전압 조절용 점퍼 : 펜티엄까지의 메인보드는 프로세서의 종류에 맞는 전압을 공급 하기 위하여 점퍼로 전압을 수동 조절하였다. 그러나 펜티엄 II 시스템부터는 대부분 전압 조절용 점퍼가 없으며 메인보드가 프로세서의 종류를 자동 인식하여 적합한 전압을 공급한다. 예외적이긴 하나 프로세서의 오버클럭을 위하여 펜티엄 II용 메인보드 중에는 BIOS에서 전압을 일정한 범위 내에서 수동 조절하도록 만든 제품들도 있다.
▒ 프로세서 속도/버스 속도/배율 조정용 점퍼 : 프로세서의 동작 속도(clock speed)를 조절하기 위한 점퍼이다. 일반적으로 Bus Speed와 배율(Multiplier), 두 가지를 조합하여 프로세서 속도를 결정한다. 메인보드에 따라서 점퍼가 없이 BIOS에서 사용자가 수동 조절하거나 BIOS가 프로세서 속도를 인식하여 자동 조절하는 것이 있다.
▒ CMOS Clear/Normal 점퍼 : BIOS setup 내용이 손상되거나 입력해 둔 암호를 잊었을 경우에 전원을 차단하고 CMOS Clear 위치를 점퍼로 잠시 short시키면 BIOS 내용이 기본 설정 상태로 바뀐다. 평소에는 점퍼를 Normal 위치에 두어야 한다.
▒ Flash BIOS Enable/Normal 점퍼 : 메인보드 BIOS를 업그레이드(upgrade, update)하고 싶을 때 전원을 끄고 점퍼를 Enable 위치에 둔 후 다시 부팅하여 업그레이드를 한다. 평소에는 점퍼를 Normal 위치에 두고 사용한다.
|
(5) 내장 전지와 RTC |
1. 내장 전지 (Internal battery) |
◀ 내장 전지 ( internal battery )
|
메인보드에도 전지가 들어있다. 이 전지는 Power Supply System(전원 장치)와 별도로 RTC(시계) 와 BIOS가 기록된 CMOS SRAM에 전력를 공급한다. 486까지의 메인보드는 수명이 5년 내외로 한정된 고정식(교체 할 수 없는) 원통형 배터리를 주로 사용하였는데, 이 배터리는 메인 보드를 부식시키는 단점이 있다.
펜티엄 시스템부터는 재충전이 가능한 니켈 카드뮴(Nicket-Cadmium) 전지를 RTC와 함께 포장 하여 직육면체 형태로 만든 것이 유행이었다. 충전식 전지는 컴퓨터를 오래 사용하지 않을 경우 CMOS에 저장한 BIOS 정보가 사라지므로 CMOS Clear 를 한 후 다시 설정하는 불편이 따른다.
펜티엄 후반기부터 최근에는 주로 리튬(Lithium) 전지(동전 크기의 손목 시계용 전지)를 사용하고 있으며 그 수명은 5-7 년 정도이다. 이 전지의 수명이 끝날 무렵이면 적시에 교체가 되도록 BIOS 가 미리 알려준다. 리튬 전지는 시간 오차가 적은 편이고 교체하기 쉬우며 주변 부품을 부식시키지 않아 이상적이다.
|
2. RTC (Real Time Clock) 장치 |
시스템에 내장된 시계이다.
전원 장치의 동작과 상관없이 메인보드에 별도로 설치된 전지(battery)에 의하여 전원을 공급받아서 날짜와 시간을 알려준다. 컴퓨터용 RTC는 대부분 시간이 잘 맞지 않으므로(느림) 주기적으로 시간을 재조정할 필요가 있다. 구형 메인보드는 RTC를 내장 전지와 함께 포장하여 메인보드에 부착하거나 독립된 chip으로 부착하였지만 현재는 칩셋에 RTC 를 내장하고 있다.
3. 메인보드의 구성요소
|
(6) 프로세서 슬롯(또는 소켓) |
IBM 호환 PC는 필요에 따라 프로세서를 업그레이드할 수 있도록 프로세서용 슬롯이나 소켓을 갖추고 있다. 프로세서의 종류 에 따라서 슬롯과 소켓의 형태가 달라진다.
예를 들면, 펜티엄 MMX 프로세서는 소켓 7(321 핀용) 타입을, 펜티엄 프로 프로세서는 소켓 8 타입을, 펜티엄 II 프로세서는 Slot 1 타입을 사용한다. 그리고 Zeon 프로세서는 Slot II를, Socketed Celeron 프로세서는 370(370 핀용) 소켓을 AMD의 K7에서는 슬롯A를 사용한다.
|
◀ 슬롯
|
◀ 소켓 370
|
1. 확장 슬롯 (Expansion Slots, I/O Bus Slots) |
초기의 PC는 8/16 bit ISA bus 슬롯만 제공하였으나 현재의 PC는 ISA, PCI, AGP,AMR등 다양한 bus 형태의 슬롯들을 조합하여 제공한다.
펜티엄 II용 메인보드의 확장 슬롯은 AGP 확장 슬롯 1 개, PCI 확장 슬롯 4 개, ISA 확장 슬롯 3 개로 구성하는 것이 일반적이었으나 98년부터 APG 슬롯 1개, PCI 슬롯 5개, ISA 슬롯 2개로 구성한 경우가 유행하기 시작하였고 현재는 ISA 1개, PCI 5개, AGP 1개, AMR 1개로 구성된 메인보드가 출시되고 있다.
|
2. AMR (Audio Modem Riser) |
인텔 810 칩셋부터 지원하기 시작하였으며, AC97 규격에 맞추어 만들어진 소프트 모뎀 라이저 카드를 꽂는 슬롯입니다. AMR 슬롯은 인텔 810, 810E, 820 및 비아 아폴로 프로 133A,KX-133, KT-133등의 많은 칩셋에서 지원하고 있으며, 위치는 일정하지 않지만 AGP 슬롯과 비슷한 색깔과 모양새에 카드를 고정시키는 블라켓과 인접한 위치에 조그맣고 짧게 붙어있는 슬롭입니다. AMR 카드의 종류는 각각 사운드와 모뎀기능을 갖춘 AC (AudioCodec), MC (Modem Codec)와 두 기능을 모두 갖춘 AMC(Audio Modem Codec)등이 있다.
가격은 저렴하지만 칩셋이 없는 소프트웨어 방식이기 때문에 성능은 ISA나 PCI모뎀에 비해 떨어지는 것으로 알려져있습니다.
|
3. 주 메모리 소켓 |
메인보드는 대부분 2 개에서 8 개의 주 메모리용 소켓을 갖추고 있다. 주 메모리 소켓은 메모리의 형태에 따라서 그 수가 달라 지는데, 386 이상의 시스템에서 30 핀 SIMM 타입(8 bit)은 4 개의 소켓이 하나의 뱅크(bank, 32 bit data path)를 이루기 때문에 보통 4-8 개의 소켓으로 1-2 개의 뱅크를 지원하며 펜티엄 이상의 시스템에서 72 핀 SIMM 타입(32 bit)은 2 개의 소켓이 하나의 뱅크(64 bit data path)를 이루므로 2-6 개의 소켓으로 1-3 개의 뱅크를 지원하고 168 핀 DIMM 타입(64 bit)는 하나의 소켓이 하나의 뱅크를 이루므로 1-4 개의 소켓으로 1-4 개의 뱅크를 지원한다.
3. 메인보드의 구성요소
|
(7) 기타 |
1. 전압 조절기 (Voltage Regulator) |
486DX2까지의 프로세서는 5V 전압으로 동작하므로 AT용 전원은 5V 이상의 전압만을 공급하였다. 486DX4 이후의 프로세서는 3.3V 이하의 전압으로 동작하기 때문에 메인보드에 전압 조절기를 내장하여 5V 전압을 3.3V 또는 그 이하의 전압으로 낮추어 프로세서에 공급한다. 펜티엄 시대부터 일반화된 ATX form factor의 전원 장치는 프로세서용 3.3V 전압을 별도로 공급하고 있다.
메인보드는 이 전압을 받아서 전압 조절기를 거쳐 프로세서에 공급한다. 펜티엄 II 프로세서는 2.8V(Klamath core, 초기의 펜티엄 II 프로세서)나 2.0V(Deshutes core)를 사용하고 있다.
초기에는 'linear type 전압조절기'를 사용하였으므로 부품들(TR/IC, 코일, 컨덴서, 저항 등)이 상당한 공간을 차지하고 메인보 드 생산 원가도 높았지만 점차 'switching type 전압조절기'로 바뀌어 간소화되고 전력 낭비를 줄였다. 현재는 스위칭 방식의 전압 조절기만 사용하고 있으며 메인보드가 프로세서의 종류를 자동 인식하여 적합한 전압을 공급한다. 그러나 메인보드에 따라서 인텔 프로세서 이외의 다른 회사(AMD 등) 프로세서들의 전압을 자동 인식하지 못하는 경우도 있으므로 교본의 내용을 참고하여 적절한 전압이 공급되도록 수동 조절할 필요가 있다.
|
2. 콘덴서 (Condenser, Capacitor) |
콘덴서는 전기를 저장하는 기능을 가지고 있는 부품으로써 주로 우리 나라에서는 콘덴서, 미국에서는 캐패시터라고 부른다. 콘덴서는 정류 및 high/low band-pass filter 등의 회로에 사용하는데, 메인보드의 경우에는 전압조절 회로와 노이즈 필터
(noise filter) 회로에 많이 쓰인다. 콘덴서는 그 재료에 따라서 전해, 탄탈, 마이카, 필름, 세라믹 등 여러 가지 종류가 있으며 용량이 큰 것은 저렴한 전해 콘덴서를 많이 사용한다. 비록 사소한 부품일지라도 컨덴서는 메인보드의 안정성을 유지하기 위 하여 중요한 역할을 한다. 메인보드 제작 회사들 중에서 명성이 있는 곳들은 정격 용량의 콘덴서를 사용하며 가격이 다소 높더라도 불량률이 낮고 수명이 긴 콘덴서를 선택한다.
|
3. Health Monitoring chip |
Health Mointoring이란 시스템의 동작 상태를 점검 및 조절하는 기능으로 펜티엄 II용 메인보드에 많이 사용하고 있다. LM78은 시스템 건강 진단 기능을 갖춘 대표적인 칩이며 LM80을 장착한 제품도 있다. 전원 장치가 공급하는 여러 가지 전압, 프로세서에 공급되는 전압(Voltage Regulator를 거친 전압), 프로세서의 온도, 케이스 내부 온도, CPU 팬 회전 속도, 케이스 보조 팬 회전 속도, 전원 팬 회전 속도를 감지할 수 있으며 그 속도를 조절할 수도 있다.
예를 들면, 프로세서용 온도 감지 센서가 프로세서의 온도를 측정하여 뜨거워지면 CPU 팬을 빠르게 회전시키고 온도가 낮아지면 다시 회전을 늦춘다. LM80 chip은 350MHz 이상의 펜티엄 II 프로세서에 내장된 온도 감지 장치로부터 디지털 코드를 입력 받아서 온도를 표기하므로 보다 정밀한 제어가 가능하다. Giga-Byte사나 Micro-Star사의 고급형 펜티엄 II용 메인보드들은 프로세서 슬롯 중앙에 15-30mm 길이의 온도 감지 센서를 부착하여 센서가 프로세서에 직접 밀착되도록 하였다.
|
4. ROM BIOS |
BIOS 프로그램을 저장하고 있는 EEPROM을 BIOS ROM이라고 한다. BIOS는 소프트웨어 프로그램이지만 ROM은 영구 기억 장치에 속하는 하드웨어이다.
| |
4. 칩셋의 개념
|
(1) Chipset이란? |
칩셋(chipset)이란 용어는 chip과 set의 합성어이다. 2개 이상의 chip들이 조직적인 기능을 수행하는 것이 Chipset이다. 예전에는 cache 조절, DMA(direct memory acess) 실행, 인터럽트(interrupts) 관리, I/O bus data 전송 등의 기능을 수행하는 여러 chip들이 각각 독립적으로 메인보드에 존재하던 시절이 있었다. 그러나 집적 기술이 발달하면서 이 기능들을 하나의 chip 또는 chipset에 통합하여 현재의 모습을 갖추고 있다. 여러 기능을 통합하면 원가가 절감되고 호환성이 높아지므로 생산자와 사용자 모두에게 유익하다.
인텔은 펜티엄 프로세서용 칩셋을 PCIset으로, 펜티엄 II 프로세서용 칩셋을 AGPset으로 부르고 있다. 메인보드에 있는 chipset을 특별히 'motherboard chipset' 또는 'system chipset'이라고 구분하여 부르기도 한다.
|
(2) Chipset의 역할 |
칩셋의 임무는 컴퓨터의 핵심 부품인 프로세서, 주 메모리, IDE 디스크 장치의 각종 신호를 조절(control)하는 것이다. 특히 프로세서와 칩셋은 밀접한 관계에 있으며 새로운 프로세서를 제작할 때는 그 프로세서를 지원하는 칩셋도 함께 만든다.
인텔의 칩셋은 보통 두 개의 각기 다른 기능을 수행하는 칩들로 구성되어 있다.
그 하나는 시스템을 제어하는 System Controller(프로세서, 주 메모리, AGP bus 입출력 조절)이고 다른 하나는 IDE(ATA) 장치(drive)를 구동시키는 PCI/ISA IDE Accelerator(각종 PCI/ISA bus용 확장 카드 및 각종 IDE 드라이브 장치 신호 조절)이다. 486까지의 시스템은 IDE 컨트롤러가 확장 카드 형태로 존재하였으나 펜티엄 시스템부터 칩셋에 그 기능을 포함시켜 현재는 메인보드의 일부가 되었다. 칩셋은 그밖에도 Bus Bridge, Interrupt control, DMA control 등의 조절 기능과 Plug and Play 기능을 지원한다.
|
(3) Chipset과 프로세서의 관계 |
칩셋은 프로세서를 디자인할 때 함께 만들기 때문에 대부분의 칩셋들이 특정 프로세서 전용으로 사용된다. 한가지 칩셋(메인보드)으로 여러 종류의 프로세서를 지원하는 것이 실용적이나 세대(generation)가 다른 프로세서(펜티엄과 펜티엄 II)를 지원하는 경우는 거의 없다. 그 대신 같은 세대의 동급 프로세서 중에서 다양한 모델과 여러 제작사의 프로세서를 함께 지원하는 경우는 있다.
예를 들면, 430TX chipset은 인텔사의 펜티엄 클래식 및 MMX 75-200 MHz 프로세서와 AMD K5/K6 프로세서 그리고 Cyrix, IBM-M1 프로세서 등을 지원한다. 반대로 440BX/EX/LX chipset은 233-450 MHz 인텔 펜티엄 II 및 Celeron 프로세서만 지원한다.
|
(4) Chipset과 메모리 지원 용량 |
chipset의 종류에 따라서 어떤 chipset은 주 메모리를 64 MB까지만 지원하며 어떤 chipset은 4-8 GB 용량의 메모리를 지원한다. 결국, chipset의 설계에 의하여 주 메모리의 최대 용량이 결정된다.
|
(5) Chipset의 Timing과 Flow Control |
chipset의 가장 중요한 기능은 '메모리 읽기와 쓰기를 조절하는 기능' 및 'local bus(PCI bus, AGP bus 등)을 통하여 프로세서에 data를 전송하는 기능'이다. 이 기능은 칩셋에 내장된 메모리 컨트롤러가 수행한다.
|
(6) 주소 해독 |
칩셋은 프로세서가 필요로 하는 명령(instructions)과 자료(data)를 주 메모리에서 찾아내는 주소 해독 기능을 가지고 있다.
|
(7) L2 Cache와 주 메모리의 자료 전송 |
프로세서가 주 메모리에 저장된 정보를 원할 때, L2 cache는 먼저 자신이 그 자료를 가지고 있는 지부터 확인하는데, 그 이유는 L2 cache의 속도가 주 메모리보다 훨씬 빠르기 때문이다. 만약 정보가 있다면 프로세서는 L2 cache에서 그 자료를 읽는다. 없을 경우에는 주 메모리에서 자료를 읽고 처리하는 동시에 L2 cache에도 저장하여 앞으로 프로세서가 필요할 때 빠른 속도로 읽을 수 있도록 만든다. 칩셋은 이와 같은 자료 전송의 타이밍(timing)을 조절한다.
|
(8) Bus Buffering과 자료 흐름 (data flow) 조절 |
칩셋은 로컬 버스(PCI 또는 AGP)에서 메모리로 이동하는 정보와 로컬 버스에서 프로세서로 직접 이동하는 정보의 흐름을 관리하고 조절한다. 프로세서, 메모리, PCI bus 등은 각기 다른 속도로 운영되기 때문에 buffers(버퍼, data 임시 저장 영역)를 이용하여 자료 전송하는 과정에서 잠시 붙잡아 둔다. 칩셋에 따라서 버퍼의 용량에는 차이가 있다. 버퍼가 많을수록 프로세서, 메모리, PCI bus 등의 동시 운영 지원 능력이 향상된다.
|
(9) 메모리 자동 인식 |
신형 chipset들은 메모리의 형태와 속도를 인식하여 자료를 손상시키지 않는 선에서 최고의 성능으로 동작하도록 wait state를 자동 조정한다. 만약 BIOS에 자동 인식 기능이 없을 때에는 교본이나 이 책의 내용을 참고하여 적절한 값으로 직접 맞추어야 한다.
|
(10) 칩셋의 주변장치 및 입출력 bus 조절 |
대부분의 컴퓨터는 ISA(Industry Standard Architecture, 공업 표준 구조) bus와 PCI(Peripheral Component Interconnect, 주변 장치 연결) bus를 가지고 있다. 속도가 느린 ISA bus에는 구형 장치들(모뎀, 사운드카드 등)을 연결하고 속도가 빠른 PCI bus에는 신형 하드디스크나 그래픽 카드 등의 장치를 연결하여 쓴다.
칩셋은 이 bus들을 조절하여 정보를 프로세서와 주 메모리에 전송한다. 칩셋은 지원할 수 있는 bus의 종류, 동작할 수 있는 속도, 기타 첨가된 기능 등에 따라서 능력을 구분할 수 있다. |
5. 칩셋의 종류
|
메인보드가 컴퓨터의 중심이듯, 메인보드의 중심은 칩셋(chipset)이다. 어떤 칩셋을 사용하는가에 따라서 메인보드의 종류가 달라진다.
▶ 펜티엄용 칩셋: 80430FX, 80430VX, 80430HX, 80430TX
▶ 펜티엄 II/Celeron용 칩셋: 82440LX, 82440EX, 82440BX, 82440GX, 82440NX
▶ Celeron용 칩셋: i810 (소켓 370 사용)
▶ 펜티엄 III용 칩셋: i820 (슬롯 1 사용)
|
Chipset 종류 |
소켓 Slot |
프로세서 지원 |
system bus speed (MHz) |
주 메모리 최대 지원 용량 |
특 징 |
430TX |
소켓 7 |
펜티엄 MMX |
50/60/66 |
256 MB SDRAM |
PCI 2.1, UDMA/33 |
440FX |
소켓 8 |
펜티엄 프로 |
60/66 |
|
PCI 2.1, UDMA/33 |
440LX |
Slot 1 |
펜티엄 Ⅱ, Celeron |
66 |
1 GB SDRAM |
AGP 1x, UDMA/33 |
440EX |
Slot 1 |
펜티엄 Ⅱ, Celeron |
66/100 |
1 GB SDRAM |
AGP 2x, UDMA/33 |
440BX |
Slot 1 |
펜티엄 Ⅱ/Ⅲ Celeron |
66/100 |
1 GB SDRAM |
AGP 2x, UDMA/33 |
440ZX |
Slot 1 |
펜티엄 Ⅱ, Celeron |
66/100 |
1 GB SDRAM |
AGP 2x, UDMA/33 |
i810 (Whitney) |
소켓 370 |
Socketed Celeron |
66/100 |
1 GB SDRAM |
AGP 2x, UDMA/66 |
i820 (Camino) |
Slot 1 |
펜티엄 Ⅲ (Katmai, Coppermine) |
100/133 |
1 GB direct RDRAM |
AGP 4x, UDMA/66 |
440GX |
Slot 2 |
Xeon |
100/133 |
2 GB SDRAM |
AGP 2x |
450NX |
Slot 2 |
Xeon |
100/133 |
4 GB |
AGP 2x, 66 MHz PCI bus |
Carmel |
Slot 2 |
Tanner |
100/133 |
8GB |
AGP 4X, PCI 64/66, UDMA/66 | |
6. 버스의 개념
|
(1) 버스 (BUS)에 대하여 |
메인보드를 보면 CPU와 함께 여러 칩들이 복잡한 회로로 연결되어 있음을 볼 수 있다. 앞서 간단히 소개한 버스(Bus)는 PC에서 고속도로와 같은 것이다. CPU나 기타 장치들의 데이터를 이동시켜주는 통로라고 볼 수 있는데 CPU가 두뇌라고 하면 버스(Bus)는 신경망과 같은 존재이다. 즉 버스는 CPU와 기타 장치들을 연결해 주는 역할을 한다. 통상적인 펜티엄의 메인보드의 구성도에 나타나는 버스와 칩의 연결을 살펴보면 다음 그림과 같다.
|
|
[ 메인보드에서의 CPU와 칩셋 그리고 버스들 ]
|
PC의 모든 데이터는 버스들을 통해 주고 받는다. 버스들은 대표적인 두 가지로 나누어지는데 하나는 CPU와 램을 연결하는 시스템 버스(System Bus)와 또 다른 하나는 주변장치와 CPU를 연결해 주는 I/O 버스(Input/Output Bus)이다. 시스템 버스와 I/O버스의 구분을 그림들 통해 알 수 있다.
시스템 버스는 램과 CPU를 연결하고 그림과 같이 Brigde라는 것을 통해 I/O 버스하고도 연계된다. Bridge는 바로 뒤에 설명될 칩셋(Chip Set)이 담당하는 부분이다.
|
|
[ 시스템 버스와 I/O 버스 ] |
(2) 시스템 버스 |
시스템 버스는 CPU를 설명하는 부분에서 언급한 적이 있는데 CPU와 램을 연결하는 메인보드에 있어서 중심적인 버스이다. 이 시스템 버스 중심으로 다른 버스들이 갈라져 나온다. 시스템 버스는 메인보드에 따라 좌우된다. 보통 CPU의 제작기술에 따라 시스템 버스의 규모가 결정되었다. 그와 동시에 메인보드의 속도를 증가시키는 기술적인 발전도 도모했다. 더 빠른 시스템 버스를 얻을수록 나머지 장치들도 거기에 맞추어 더욱 빨라져야 했다.
8비트 CPU인 8088에서 4.77MHz이었던 시스템 버스가 대역폭이 16비트, 32비트, 64비트 CPU의 개발에 따라 200MHz까지 도달했다.
|
(3) CPU에 따른 시스템 버스 비교 |
CPU |
시스템 버스 대역폭 |
시스템 버스 속도 |
8088 |
8 bit |
4.77 MHz |
8086 |
16 bit |
8 MHz |
80286-12 |
16 bit |
12 MHz |
80386DX-25 |
32 bit |
25 MHz |
80486DX-50 |
32 bit |
50 MHz |
80486DX2-66 |
32 bit |
33 MHz |
Intel Pentium 60 |
64 bit |
60 MHz |
Intel Pentium 100 |
64 bit |
66 MHz |
AMD K5-133 |
64 bit |
66 MHz |
Cyrix 6X86 P166+ |
64 bit |
66 MHz |
Intel Pentium Pro 200 |
64 bit |
66 MHz |
Intel Pentium II |
64 bit |
100 MHz |
AMD K6-2 |
64 bit |
100 MHz |
Intel Pentium III |
64 bit |
133 MHz |
AMD K7 |
64 bit |
200 MHz | |
시스템 버스의 속도가 100Mhz에 다다름에 따라 앞서 설명한 램 또한 PC-100이라는 SD램이 개발도 재촉되었다. |
|
|
7. I/O 버스의 종류와 연결되는 주요장치들 |
(1) I/O 버스들 |
/O 버스는 데이터를 이동시킨다. 그것들은 모든 입출력 장치를 CPU와 램에 연결해 준다. 입출력 장치들은 데이터를 보내고 받는 디스크 드라이브나 모니터, 키보드 등을 말한다.
|
|
[ I/O 버스 설명 ] |
실제 물리적인 관점에서 I/O 버스를 살펴보면 하나 또는 그 이상의 회로의 트랙으로서 그 트랙(회로선들의 다발)은 다음과 같은 것들로 이용된다.
▶ 데이터 트랙 - 1비트를 이동시킬 수 있는 트랙 ▶ 어드레스 트랙 - 데이터가 보내어져야 하는 곳(주소)을 알려주는 것으로 이용되는 트랙 ▶ 그밖의 트랙 - 전력, 클럭, 검증신호를 보내는 트랙
버스를 통해 데이터를 보낼 때 받는 곳에 대한 정보를 뒷받침해주어야 한다. 그러므로 버스에 연결된 각각의 장치들은 주소가 있어야 한다. 데이터를 보내기에 앞서 데이터가 보내져야 하는 곳의 주소(숫자)를 어드레스 트랙을 통해 보내야 한다. 버스의 폭은 데이터 트랙으로 데이터를 옮기는 능력(?) 결정한다. ISA 버스는 느리다. 그것은 16 데이터 트랙만을 사용하기 때문이다.
이러한 트랙들을 논리적으로 구분하고 설정하여 여러 종류의 I/O버스들이 나타나게 되는 것이다.
보통 펜티엄 계열의 서너가지 종류의 I/O버스들이 존재하는 데 I/O 버스들을 대략 알아보면.
▶ ISA 버스 : 버스들 중 가장 오래되었고 단순하고 느린 버스. ▶ PCI 버스 : 가장 빠르고 강력한 버스 ▶ AGP 버스 : 그래픽 카드만을 위해 사용되는 버스 ▶ USB 버스 : 최신의 버스로 머지 않아 ISA를 대체할 버스.
로 설명되어질 수 있다.
각각의 I/O버스에 대해서 알아보자
|
(2) ISA (Industrial Standard Architecture) BUS |
대략 1984년 이후 PC I/O 기능의 표준 버스로 ISA(Industry Standard Architecture)로 불리지게 되었다. ISA는 현재까지도 모든 PC들에 대해 호환성을 유지하면서 사용되고 있다. 초창기 ISA는 8bit 데이터 폭이었지만 현재는 16bit 이고 이론적인 전송능력은 8Mbps(bit per second ; 초당 비트수)이다. 하지만 실제 전송속도는 1-2Mbps를 넘지 않는다. ISA는 현재 PC에서 두가지로 분류할 수 있는데
▶ 내부 ISA 버스 : 키보드, 디스켓 드라이브, 시리얼(Serial ; 직렬) 포트, 패러렐(parallel ; 병렬) 포트 등처럼 단순한 포트에 사용된다. ▶ 외부 ISA 버스 : 16bit ISA 어댑터(adapter : 흔히 말하는 카드)연결할 수 있게 하는 버스로 ISA 슬롯(slot) 꽂는 사운드 카드나 모뎀의 데이터를 주고 받는다.
|
ISA 버스는 데이터 폭 좁고 느려서 동시에 충분한 데이터를 이동시킬 수가 없다. 따라서 데이터를 옮길 때마다 많은 시간이 필요하고 하나의 조작명령에 16bit밖에 이동하지 못한다. 그리고 지능적이지 못해서 CPU가 ISA 버스를 통해 데이터의 이동을 제어해야 한다. 데이터 이동이 완결되기 전까지는 CPU에 하나의 새로운 할당적업을 시작할 수 없다. 예를 들어 플로피 디스크에서 데이터를 쓰거나 읽는 동안 PC의 나머지 장치들은 대기하는 것이다. 종종 PC가 잠자고 있는 것처럼 볼일 때가 있는데 바로 그것이 ISA 버스의 느린 속도와 지능성 결여때문이다.
ISA 버스가 괴롭히는 문제 중의 또다른 하나가 새로운 확장카드(예를 들어 사운드카드)를 장착할 때 생기는 IRQ 충돌 문제이다. 모든 장치들은 명확하게 IRQ 정해져 있다. 새로운 장치를 끼울 때 구 ISA 버스에서는 수동적으로 설정했기 때문에 기존의 장치들과 충돌할 수도 있다. 요즈음 PNP 기능을 가지는 OS의 등장으로 수동적인 IRQ 설정은 거의 안 하지만 PC의 오작동과 특정장치의 사용불가능하게 되는 문제의 대부분의 원인이 바로 IRQ의 충돌이었다.
|
(3) MCA(Micro Channel Architecture) BUS |
|
시스템 버스의 속도가 100Mhz에 다다름에 따라 앞서 설명한 램 또한 PC-100이라는 SD램이 개발도 재촉되었다 | |
7. I/O 버스의 종류와 연결되는 주요장치들 |
(6) PCI (Peripheral Component Interconnect) BUS |
PCI 버스는 1990년의 고속 버스(high speed bus)이다. PCI는 Peripheral Component Interconnect의 약자로서 인텔(Intel)사에 의해 만들어졌다. 현재 거의 모든 PC의 확장카드들이 이 버스를 이용하고 있다. PCI는 실제 32bit의 데이터 폭이지만 실행에서는 64bit 버스의 효과를 보여준다. 33Mhz의 클럭속도에서 132Mbps의 최대전송능력을 가지고 있다.
PCI 버스는 CPU와 주변장치의 관계에 있어서 완충적인(Buffering) 역할을 한다. 이것은 CPU가 주변장치의 데이터를 PCI로 넘겨 주면서 다른 작업을 처리할 수 있게 한다는 것이다. PCI 버스는 전송속도의 완급을 조정할 수 있다. 역으로 PCI 어댑터(확장카드)들은 CPU가 PCI 어댑터에서 나온 데이터들을 처리하고 있든 없든간에 상관없이 PCI 버스로 데이터를 넘겨줄 수도 있다. 시스템 버스가 PCI 어댑터에서 나온 데이터를 CPU로 보낼 수 있을 때까지 그 데이터들은 임시저장소에 위치한다.
최적의 환경에서의 PCI 버스는 1클럭당 32bit를 보낼 수 있는데 때로는 2클럭을 필요할 수도 있다. 이런 이유로 인해 PCI의 단자에 연결된 주변장치들은 비동기(Asynchronous)로 조종된다. 그러므로 PCI 버스는 탄력성이 있는 버스로 다른 주변장치와의 관계가 지능적이여서 결국 Plug and Play 같은 것이 PCI 구성 설계에 들어가게 된 것이다.
PCI 버스도 ISA 버스가 마찬가지로 내부와 외부로 나누어 볼 수 있는데
▶ 내부 PCI 버스 : 메인보드에 EIDE 채널이 연결하는 PCI 버스 ▶ 외부 PCI 버스 : PCI 어댑터(확장카드)를 꽂는 슬롯이 포함된다.
PCI 버스는 계속해서 개발 중에 있고 빠른 속도와 넓은 대역폭으로 발전되고 있다.
|
(7) AGP ('Accelerated Graphics Port' , 가속 그래픽 포트) BUS |
1997년 새로운 버스가 등장하게 되는데 이름하여 AGP(Accelerated Graphics Port)라는 것이었다. 그것은 오직 그래픽 카드만을 위한 것이었다. AGP는 두가지 목적을 위해서 설계되었는데 그래픽 데이터로 처리하는 PCI 버스 작업을 경감하하는 것과 화면출력의 대역폭을 더 좋게 하기 위해서였다. AGP 버스는 펜티엄 II 프로세서와 82440 LX 칩셋에 도입되었다. 인텔(Intel)사는 타사의 CPU들이 소켓 7(CPU를 장착하는 소켓)의 호환성으로 자사 CPU 매출에 영향을 받자 더 많은 자사의 CPU 수요를 위해 완전히 새로운 메인보드 레이아웃과 그래픽 카드를 위한 더 강력한 버스를 설계하게 되었다. 그래서 요즈음 대부분의 새로운 메인보드는 AGP가 있다.
|
(8) USB (Universal Serial BUS) BUS |
USB(Universal Serial Bus)은 값싸고 초당 12Mbps로 느린 버스이다. 이렇게 느린 버스를 사용하는 이유는 주변장치들의 연결을 일괄적으로 간단하게 하려고 하는 것이다. PC에서 IRQ 때문에 그래픽 카드나 하드디스크 등 기본적인 장치를 제외하고 주변장치를 7개 이상 사용할 수 없다는 한계가 있다. USB 포트를 갖춘 주변장치끼리 쉽게 연결하면서 새로운 장치를 추가할 때 생기는 컴포트의 조정할 염려가 없다. 간단히 프린터와 스캐너 등을 연결할 때 프린터를 PC에 스캐너를 프린터에 연결해서 쓸 수 있다. 다른 주변장치도 마찬가지이다. USB 포트를 갖춘 주변장치라면 마치 전선을 연결하듯 127개까지 연결고리를 만들 수 있다. USB의 전송속도가 12Mbps이지만 스캐너, 모뎀, 사운드카드, 프린터 등 전송속도가 느린 주변장치를 연결해도 무리가 없다.
|
|
[ USB 포트 연결 예 ] |
(9) I/O 버스 종류와 연결되는 주요장치들 |
|
(10) BUS와 Port의 차이 |
Bus는 여러 각종 장치들이 공유할 수 있는 각종 전송 경로(data path)의 총칭이다. ISA bus나 PCI bus를 예로 들면 그래픽카드, 디스크 컨트롤러, 사운드카드, 네트웍 어댑터 등 여러 가지 장치들이 같은 bus를 이용하여 신호를 교환한다.
그 반면, port는 어떤 한 가지 장치가 전용으로(공유가 아님) 사용하는 bus를 말한다. 대표적인 port로 AGP(Accelerated Graphics Port)를 들 수 있는데, 이는 그래픽카드만 사용하는 전용 경로이다. Serial Port(직렬 포트 또는 COM Port: 통신 포트), Parallel Port(병렬 포트 또는 Printer Port) 역시 마우스, 프린터, 스캐너 등의 개별 장치가 한 개의 포트만 이용하여 시스템과 연결할 수 있으며 하나의 포트를 한 개 이상의 장치가 공유할 수는 없다. (AGP와 직렬/병렬 포트의 차이는 AGP가 그래픽카드 전용임에 반하여 직렬/병렬 포트는 다용도로 활용할 수 있다는 점이다)
Bus와 Port의 차이를 잘 설명할 수 있는 것이 USB(Universal Serial Bus)이다. USB는 마치 직렬 포트나 병렬 포트처럼 시스템과 외부 장치를 연결하는 역할을 하지만, 키보드, 마우스, 모뎀, 스캐너 등 USB 커넥터를 갖춘 각종 장치들(최대 256 가지 장치)을 동시에 연결하여 함께 사용(공유)할 수 있으므로 bus라고 한다.
그렇다고 해서 bus와 port가 완전히 다른 것이라고 할 수는 없다. Port 역시 bus의 일종이지만 어떤 장치가 혼자 독점하여 사용하는 bus일 뿐이다. | |
|
8. BUS의 종류와 특성 비교 |
[ BUS의 종류와 특성 비교표 ] |
BUS 종류 |
발표 (해) |
속도 (MHz) Bandwidth |
Data Path 폭 (bits) |
Address Bus 폭 (bits) |
최대전송률 (Mbit/s) |
pin 수 |
사용 PC |
8 bit ISA |
82 |
4.77 |
8 |
20 |
2 |
62 |
XT부터 현재까지 |
16 bit ISA |
84 |
8.33 |
16 |
24 |
8 |
62 + 36 |
|
MCA |
87 |
10
|
16 |
32 |
20 |
182 |
IBM PS/2 & RS/ 6000 |
32 |
40 |
EISA |
88 |
8.33 |
32 |
32 |
33 |
100 |
Server |
VLB 1.0 |
92 |
33 |
32 |
32 |
132 |
116 |
486 |
40 |
148 |
VLB 2.0 |
94 |
50 |
64 |
64 |
267 |
PCI 1.0 |
93 |
33 |
32 |
64 |
132 |
188 |
펜티엄 |
PCI 2.1 |
|
66 |
64 |
264 |
펜티엄 부터 현재까지 |
AGP 1x |
97 |
66 |
32 |
|
266 |
|
펜티엄 Ⅱ 부터 현재까지 |
AGP 2x |
98 |
132 |
32 |
|
533 |
|
AGP 4x |
99 |
264 |
32 |
|
1,066 |
|
i810, i820 메인보드 부터 지원 |
USB 1.1 |
|
|
|
|
1.5 - 12 |
4 |
펜티엄 부터 현재까지 |
USB 1.2 |
|
|
|
|
350 - 480 |
|
현재 사용중 | |
| | | | |