컴맹도 이해하기 쉬운 컴퓨터의 기본 처리 구조와 병목 현상 및 버벅임 현상
컴퓨터의 기본 처리 구조
이는 현재 반도체에서 사용되는 전자기기에서 동일하게 작동되는 원리입니다.
우리가 사용하는 데스크탑, 노트북, 태블릿, 스마트폰의 기본 구조라고 이해하시면 됩니다.
예를 들어서 폴더 안에 있는 동영상 파일을 재생한다고 쳐봅시다 그러면 컴퓨터는 어떤 방법으로 작동이 될까요?
컴퓨터는 크게 CPU, RAM, ROM 3가지 영역으로 구분 할 수 있습니다.
ROM에 저장된 데이터는 RAM으로 데이터를 전송하고 RAM에 있는 데이터는 CPU에 넘겨주는 구조이죠.
CPU에서 처리한 데이터는 다시 역순으로 전송을 합니다.
ROM
데이터를 영구적으로 저장해놓는 장치. 데이터를 영구 저장이 가능하지만 속도가 느립니다. 옛날에는 HDD 하드디스크를 사용했지만 요즘은 속도가 훨씬 빠른 SSD, 플래시 메모리를 사용하고 있습니다.
RAM
ROM에 있는 데이터를 CPU에 보내주는 장치.
예를 들어서 '오버워치' 라는 게임을 실행 한다면 ROM에 저장된 오버워치 데이터를 RAM에 옮겨놓은 뒤, CPU가 RAM에 올려져 있는 오버워치 데이터를 처리할 수 있도록 있게 합니다.
RAM은 데이터 전송 속도가 빠르지만 휘발성이므로 갑자기 전력이 꺼지면 저장된 데이터가 모두 날아가 버립니다.
우리가 문서를 작성하는 도중에 갑자기 전원이 꺼지면 저장된 내용들이 모조리 날아가버린 이유도 RAM에 올려놓은 워드파일 데이터를 ROM에 저장을 하지 않았기 때문에 벌어지는 일이죠.
CPU
데이터를 계산 하는 장치. RAM위에 있는 데이터를 CPU가 단순히 계산 하는 역할을 함. 계산한 데이터는 다시 RAM으로 전송. CPU 클럭(Clock)이 높다는 얘기는 CPU의 시간당 계산 처리 속도가 빠르다는 의미입니다.
SDRAM
CPU안에 들어있는 매우 작은 용량의 RAM. 데이터 전송 속도가 일반 RAM보다 압도적으로 빠릅니다. 흔히 '캐시메모리' 라고 불립니다.
캐시메모리는 "L1 > L2 > L3" 순서로 속도가 빠르죠.
"그렇게 L1 캐시메모리 속도가 빠르면 모든 RAM 부품을 'L1 캐시'로 사용하면 되지 않을까?"
생각이 들 수도 있을겁니다. 그러나 SDRAM은 일반 RAM(DRAM)보다 생산단가가 엄청 비쌉니다.
L1 캐시는 기존의 RAM처럼 8GB 대용량으로 만드는 것도 현재 기술로는 사실상 불가능하며 그것이 가능할지라도 천문학적인 비용이 발생하게 될 겁니다.
그렇기 때문에 경제적인 효율을 고려하여 L1, L2, L3, 일반 RAM 형태의 현재의 컴퓨터 구조가 만들어진 것이죠.
흔히 컴퓨터 구조를 책상, 작업대에 비유하기도 합니다.
사람이 CPU라고 치자면
작업대, 책상은 RAM 역할을 합니다.
그리고 창고, 책꽂이는 ROM 역할인 것이죠.
예를 들어서 나무의자를 만드는 작업을 한다고 쳐봅시다.
창고(ROM)에 있는 나무와 못을 꺼내와야 하죠.
그런다음 작업대(RAM) 위에 올려놓은 후 사람(CPU)이 의자를 제작합니다.
작업대가 넓을 수록(RAM 용량) 더욱 편하게 작업 할 수 있죠. 나무 의자 만드는 도중에 다른 가구 제작도 가능해집니다.
전문경력의 목수일 수 록(CPU성능) 더 빠르게 나무의자를 만들 수 있죠.
창고가 넓을 수록(ROM 용량) 더 많은 목재와 부품, 공구들을 집어넣을 수 있죠.
그리고 창고와 작업대가 가까울 수록(ROM 전송속도) 작업대 위에 빠르고 편하게 꺼낼 수 있죠.
이런 일련의 과정들을 비유해봤는데요. 쉽게 이해가 되었으면 좋겠습니다.
컴퓨터 병목 현상 원인 (느려짐 버벅임 현상)
위의 그림을 보면 알겠지만 "ROM → RAM" 으로 데이터를 전송하는 속도보다 "RAM → CPU"의 데이터 전송속도가 훨씬 빠르다는 걸 알 수 있죠.
병목 현상이 발생하는 이유는 ROM 역할을 하는 HDD, SSD가 느려서 발생하는 경우가 대부분 입니다. ROM의 속도가 느리기 때문에 CPU가 일을 하지 않고 노는 현상이 발생하는데
우리가 실제로 일을 할 때랑 비슷하죠. 협업을 하는데 누군가 한명이 일처리가 계획대로 진행되지 않으면 뒤에 업무에 차질이 아무것도 못하고 차질이 생기는 것과 비슷합니다.
그래서 HDD에서 SSD로만 바꿨을 뿐인데 컴퓨터 속도가 엄청나게 빨라지는 이유도 이런 이유 때문입니다.
ROM의 속도는
HDD < SSD (NVMe SATA) < SSD (NVMe M.2) < SSD (NVMe PCIe 3.0) < SSD (NVMe PCIe 4.0)
위의 순서로 지속적으로 발전하고 있습니다. 2023년 기준 PCIe 5.0 SSD가 가장 빠른 ROM 입니다.
반대로 ROM의 전송 속도가 워낙 빨라서 CPU가 일을 다 처리하기도 전에 일이 쌓이는 경우도 있습니다. 그럴 땐 CPU를 바꿔주거나 RAM을 교체해야합니다.
CPU는 우리가 흔히 알고 있는 인텔 i3, i5, i7 시리즈가 있죠. i뒤에 숫자가 높을 수록 빠른 CPU 제품입니다.
예전에 컴퓨터 스펙에 대해서 자세히 다룬 글이 있는데 아래 링크를 남겨놓을께요.
이렇게 컴맹도 이해하기 쉽도록 컴퓨터의 처리 구조와 병목현상(버벅임 현상) 등을 정리했는데요.
혹시 본문과 관련해서 관심 있는 분은 아래 내용도 참고를 하면 좋을 것 같아요.
많은 도움이 되었으면 좋겠습니다~!
댓글
댓글 쓰기