마이크로 프로세서의 역사와 기원

마이크로 프로세서는 컴퓨터 프로세서가 하나 또는 그 이상의 중앙 처리 장치 기능을 포함하는 집적 회로의 MOSFET구조를 나타내고 있으며, 마이크로 프로세서는 저장 장치의 이전 데이터를 입력으로 받아들이고 메모리에 저장된 연산 및 제어된 명령에 따라 결과를 이진수 형식으로 출력하여 제공하는 다목적 클록 구동 레지스터 기반 디지털 집적 회로를 의미합니다. 마이크로 프로세서에는 조합 논리 (Combinational logic)와 순차 디지털 논리 (Sequential logic)가 모두 포함되게 됩니다. 여기서 마이크로 프로세서는 이진수 시스템으로 표현 된 숫자와 기호에서 작동하게 됩니다.

 

집적 회로 프로세서는 고도로 자동화 된 MOS (Metal Oxide Semiconductor) 제조 공정에 의해 대량으로 생산되어 단가가 낮아지게 됩니다. 단일 칩 프로세서는 실패할 수 있는 전기 설계 공정이 훨씬 적기 때문에 안정성을 높일 수 있게 되는 것입니다. 마이크로 프로세서 설계가 개선됨에 따라, 칩을 제조하는 전반적인 비용은 일반적으로 동일하게 유지되어 지고 있습니다. 이는 같은 크기의 반도체 칩에 더 작은 크기의 부품이 내장되는 설계에 의한 혁신에서 시작된 결과입니다. 이는 무어의 제 2법칙 (Moore's second law) 에 의한 과정과도 같습니다.

 

무어의 제 2법칙은 Gordon Moore와 Arthur Rock의 이름을 딴 경험적 예측으로서, 마이크로 칩의 밀도, 즉 성능이 24개월마다 2배씩 증가한다는 예측을 의미합니다. 록의 법칙은 무어의 법칙에 대한 경제적 편향으로 볼 수 있을 것입니다. 밀도가 높은 집적 회로의 트랜지스터 수는 2년 마다 두배가 됩니다. 후자는 자본 집약적 반도체 산업의 지속적인 성장의 직접적인 결과에 의한 것으로서, 혁신적이고 인기있는 마이크로 프로세서 제품은 제조 비용이 지속적으로 하락 수준에 있는 반도체 산업에 있어 더 많은 자본의 투입과 더 혁신적인 제품으로의 개발이 가능하다는 것을 의미하게 됩니다.

 

마이크로 프로세서 및 반도체 산업의 제조 비용은 항상 자본 집약적인 산업 구조의 특성상, 시장 가격이 지속적으로 하락할 수 밖에 없는 한계를 내포하고 있습니다. 따라서, 업계의 성장에 대한 궁극적인 한계는 신제품에 투자할 수 있는 최대 자본의 총량을 제한하는 것에 있을 것입니다. 그리고 이러한 과정에 있어, 록의 법칙과 무어의 제 2법칙은 사상적인 충돌을 피할 수 없을 것으로 예측되어 집니다.

 

VLSI (Very Large Scale Intergration)를 사용하여 전체 CPU를 단일 /도는 몇 개의 집적 회로에 통합하게 되면 처리 전력의 비용이 크게 절감되는 효과가 있습니다. 이는 마이크로 프로세서, 즉 모든 종류의 집적 회로 프로세서에 고도로 자동화된 MOS (Metal Oxide Semiconductor) 제조 공정에 의해 대량으로 제품을 생산하여 단가가 낮아지는 효과를 기대할 수 있게되는 것입니다. 특히, 단일 형태의 마이크로 칩 프로세서는 실패할 가능성이 있는 전기 연결 설계가 극히 적기 때문에 연산 작용 및 데이터 처리 속도의 안정성을 높이는데 크게 기여할 수 있었습니다.

 

마이크로 프로세서의 이전에는 소형 퍼스널 컴퓨터의 형태로 회로 기판을 중간규모로 설계한 형태의 전산 장치가 주로 사용되어져 왔습니다. 이는 일반적으로 트랜지스터 유형의 (TTL : Transistor Transitor Logic) 설계 방식이었습니다. 마이크로 프로세서는 이것을 또 하나의 새로운 형태로 대규모 IC의 결합을 통해 완성되어진 장치입니다. 역사적으로 기록된 인류의 첫 마이크로 프로세서는 Intel의 4004 마이크로 프로세서 입니다. 

 

마이크로 프로세서에 적용되는 집적 회로의 복잡한 설계 구조는 하나의 칩에 넣을 수 있는 트렌지스터 수, 즉 프로세서를 시스템의 다른 부분에 연결할 수 있는 패키지 터미네이션 수, 상호 연결수에 대한 물리적 제한으로 인해 태생적인 한계를 지니게 됩니다. 칩과 칩이 방출할 수 있는 열에 의한 최첨단 기술은 보다 복잡하고 강력한 집을 제조할 수 있게 되는 기반이 되어 주었습니다.

 

최소 단위의 가상 마이크로 프로세서에는 산술 논리 장치 (ALU) 및 제어 논리 섹션만 포함될 수 있습니다. ALU는 덧셈과 뺄셈, 혹은 AND와 OR과 같은 연산을 순차적으로 수행하게 됩니다. ALU의 각 조작은 상태 레지스터에서 하나 이상의 플래그를 설정하며, 이는 마지막 조작의 결과를 표시하게 됩니다. 이 결과값은 제로값, 오버 플로우, 음수 등을 나타내게 됩니다. 마이크로 프로세서의 제어 로직은 메모리에서 명령 코드를 검색하고 ALU가 명령을 수행하는 데 필요한 작업 순서를 시작하게 됩니다. 단일 작업 코드는 많은 개별 데이터 경로, 레지스터 및 프로세서의 다른 요소에 영향을 줄 수 있는 부분입니다.