마이크로프로세서

CPU를 통째로 한 칩에 — 4004

그 전엔 CPU가 한 칩이 아니었음. 여러 부품을 보드에 줄줄이 붙여 만든 덩어리였음.

1971년, 인텔이 4004를 내놨음. CPU 한 벌을 통째로 칩 하나에 욱여넣은 것임.

원래는 일본 계산기 회사 비지컴의 주문이었음. 칩 12개로 짤 설계를, 인텔의 페데리코 패긴 팀이 범용 칩 한 개로 묶었음. 2,300트랜지스터, 4비트, 손톱만 한 크기였음.

이렇게 한 칩에 든 CPU를 마이크로프로세서라고 부름. 컴퓨터의 두뇌가 처음으로 부품 하나가 된 순간임.

한 칩 안의 세 블록 — ALU·레지스터·제어

칩 안을 열어보면 일하는 부분은 크게 세 블록임.

ALU는 계산하는 부분 — 더하기·빼기 같은 산술과 AND·OR 같은 논리 연산을 함.

레지스터는 값을 잠깐 들고 있는 아주 빠른 저장칸임. 제어장치는 명령을 해석해 나머지 블록에 "지금 이걸 해라" 신호를 보내는 지휘자임.

예전엔 이 셋이 따로 흩어진 부품이었음. 4004는 셋을 한 칩에 모으고 버스라는 길로 이어, 한 명령이 칩 밖으로 안 나가고 안에서 끝까지 돌게 만듦.

한 명령이 칩 안에서 도는 길

마이크로프로세서는 명령을 하나씩 같은 순서로 처리함. 이 순서를 명령 사이클이라 부름.

가져오기 → 해석 → 실행 → 저장. 제어장치가 다음 명령을 가져와 무슨 일인지 해석하고, 레지스터의 값을 버스로 ALU에 보내 계산한 뒤, 결과를 다시 레지스터에 저장함.

4004는 이걸 초당 약 9만 번 돌렸음. 느려 보이지만, 사람이 배선을 다시 안 꽂아도 명령만 바꾸면 다른 일을 함.

지금 책상 위 PC의 CPU도 똑같은 네 박자를 돎. 다만 초당 수십억 번일 뿐임 — 빨라졌을 뿐 구조는 4004의 후손임.

한 칩이 연 개인용 컴퓨터의 문

CPU가 칩 하나가 되니, 컴퓨터가 작고 싸지기 시작함.

방을 채우던 기계가 책상 위로 내려옴. 4004 뒤로 8080·8086 같은 칩이 이어졌고, 1970년대 후반 알테어·애플 같은 개인용 컴퓨터가 마이크로프로세서 위에서 태어남.

인텔의 뒤를 AMD가 호환 칩으로 바짝 쫓았고, 훗날 Arm은 저전력 설계로 스마트폰의 두뇌가 됨.

지금 PC·폰·자동차·가전 속 두뇌가 전부 이 마이크로프로세서의 후손임. 시작은 1971년 손톱만 한 칩 하나였음.

직접 4004 블록 머신 돌려보기

오른쪽에서 값 두 개와 연산을 정하고 ▶ 눌러 한 명령을 직접 실행해볼 것.

데이터가 레지스터→버스→ALU→다시 레지스터로 도는 걸 단계로 따라가게 됨.

각 블록을 클릭하면 그 부품 역할 설명이 뜸. 흩어져 있던 세 부분이 한 칩 안에서 같이 일하는 걸 눈으로 확인할 것.