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컴퓨터 과학

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[하드웨어 뜯어보기] CPU #17 - GPU와 CPU의 차이, 다른 방식으로 생각하는 또 다른 두뇌 “깊게 생각하는 두뇌 vs 넓게 생각하는 두뇌” - 두 지성의 공존핵심요약CPU는 한 번에 하나의 복잡한 일을 정확히 수행하는 두뇌,GPU는 수천 개의 단순한 일을 동시에 수행하는 두뇌입니다.즉, CPU는 ‘사색형 두뇌’, GPU는 ‘집단형 두뇌’라 할 수 있습니다.이 두 구조는 서로 대립하지 않고, 오늘날 인공지능과 고성능 연산에서 협력적인 사고 구조를 이룹니다. 1. 개념 설명 - “CPU는 사고, GPU는 실행”CPU와 GPU 모두 연산 장치이지만, 그 사고 방식이 완전히 다릅니다.구분CPUGPU구분CPUGPU목적다양한 연산과 제어대량 데이터 병렬 처리구조복잡한 제어 유닛, 적은 코어단순한 제어, 수천 개의 코어강점논리적 사고, 순차적 연산반복적 계산, 병렬 데이터 연산비유전략가 (Thinker)실..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #16 - SIMD / 벡터 연산, 한 번에 여러 생각을 하는 두뇌 “한 번의 명령으로 여러 데이터를 동시에 계산하는 병렬 두뇌”핵심요약SIMD(Single Instruction, Multiple Data)는 CPU가 하나의 명령으로 여러 데이터를 동시에 처리하는 기술입니다.즉, 같은 생각을 여러 번 반복할 필요 없이 “한 번에 여러 생각을 하는 두뇌”입니다.이 구조는 영상 처리, 인공지능, 과학 계산 등 대량 데이터 연산의 핵심이 되었고,오늘날의 CPU·GPU·AI 칩의 병렬 처리 근간을 형성했습니다. 1. 개념 설명 - “같은 일을 여러 번 반복하지 않는다”기존의 CPU는 한 번에 하나의 데이터만 처리했습니다.예를 들어, 배열의 각 요소를 더하려면 이렇게 순차적으로 계산했죠:for (i = 0; i 하지만 SIMD 구조에서는, CPU가 다음처럼 한 번의 명령으로 4개..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #15 - 파이프라인 해저드 & 분기 미스, 생각의 충돌을 다스리는 기술 완벽한 흐름 속에서도, 사고는 일어난다 - CPU의 스트레스 관리 기술핵심요약파이프라인 해저드(Pipeline Hazard)란 CPU 내부의 명령 실행 단계들이 서로 충돌해 흐름이 막히는 현상을 말합니다.그중에서도 분기 예측 실패(Branch Miss) 는 가장 흔한 병목의 원인입니다.즉, CPU가 ‘미래를 잘못 예측해서 엉뚱한 길로 들어선 상태’입니다.현대 CPU는 이 사고를 최소화하기 위해, 버블(대기), 재정렬, 예측 복원 같은 기술로 스트레스를 관리합니다. 1. 개념 설명 - “생각의 교통사고, 파이프라인 해저드”CPU의 파이프라인은 여러 단계의 명령을 겹쳐 처리하는 고속 생산 라인입니다.그런데 이 라인 위에서 명령 간 의존성이나 순서 문제가 생기면,다음 명령이 멈추거나 되돌아가야 하는 **‘교통..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #14 - 마이크로아키텍처(Microarchitecture), 두뇌의 내부 설계도 같은 언어라도, 설계에 따라 성격이 달라지는 두뇌의 구조핵심요약마이크로아키텍처(Microarchitecture)는 CPU가 동일한 명령어 집합(ISA)을 실제로 구현하는 내부 설계 방식입니다.즉, ISA가 ‘언어’라면, 마이크로아키텍처는 그 언어를 사용하는 두뇌의 사고 회로입니다.같은 언어(x86)를 쓰더라도 인텔과 AMD의 CPU가 다르게 동작하는 이유, ARM을 기반으로 한 Apple M3가 특별한 이유 - 모두 마이크로아키텍처의 차이 때문입니다. 1. 개념 설명 - “언어를 실행하는 두뇌의 구조”ISA가 “무엇을 할 수 있는가”를 정의한다면, 마이크로아키텍처는 “그 일을 어떻게 처리할 것인가”를 결정합니다.예를 들어, 두 사람에게 같은 문제(ISA)를 주어도, 한 사람은 빠르게 계산하고, 다른 사람..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #13 - 명령어 집합 구조(ISA), 언어를 이해하는 두뇌 CPU가 이해하는 언어, 세상을 움직이는 코드의 문법핵심요약명령어 집합 구조(ISA, Instruction Set Architecture)는 CPU가 이해하고 실행할 수 있는 ‘언어의 규칙’입니다.즉, 하드웨어가 소프트웨어의 말을 알아듣게 해주는 통역자이자 문법 체계입니다.같은 “명령”이라도 CPU마다 말이 다르기 때문에, ISA는 “두뇌의 언어 체계”라 할 수 있습니다. 1. 개념 설명 - “CPU도 언어를 배운다”사람이 한국어·영어·일본어를 구분하듯, CPU도 자신이 이해할 수 있는 언어를 갖고 있습니다.그 언어의 이름이 바로 ISA(Instruction Set Architecture)입니다.ISA는 단순한 명령어 목록이 아니라,“어떤 형식의 명령을, 어떤 레지스터에, 어떤 방식으로 실행할 것인가”를..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #12 - 명령 순서 재배치(Out-of-Order Execution), 순서보다 효율을 선택하는 두뇌 “순서를 지키는 것보다 일을 끝내는 게 먼저다” - 효율을 우선하는 CPU의 판단력핵심요약명령 순서 재배치(Out-of-Order Execution, OOOE)은 CPU가 프로그램의 명령 순서 대신 효율적인 실행 순서를 스스로 재조정하는 기술입니다.이는 마치 사람이 “먼저 할 수 있는 일부터 처리하는 유연한 두뇌”처럼 작동하는 원리입니다.슈퍼스칼라가 여러 손으로 동시에 일했다면, 명령 순서 재배치(Out-of-Order Execution)는 “그 손들이 가장 효율적인 순서로 움직이도록 지휘하는 기술”입니다. 1. 개념 설명 - “순서대로만 일하면 느려진다”전통적인 CPU는 명령어를 메모리에 기록된 순서대로 실행(In-Order Execution) 했습니다.이 방식은 단순하지만, 하나의 명령이 데이터나 ..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #11 - 슈퍼스칼라(Superscalar), 여러 손으로 동시에 일하는 두뇌 여러 개의 명령을 동시에 처리하는 CPU의 ‘멀티태스킹 본능’핵심요약슈퍼스칼라(Superscalar)는 CPU가 한 클럭에 여러 개의 명령을 병렬로 실행하도록 설계된 구조입니다.즉, 한 손이 아닌 여러 손으로 동시에 일을 처리하는 두뇌와 같습니다.파이프라인이 ‘작업을 나누는 기술’이었다면, 슈퍼스칼라는 그 작업들을 동시에 여러 줄로 처리하는 기술입니다.1. 개념 설명 - “CPU는 두 개 이상의 손으로 일한다”파이프라인(Pipeline)은 CPU가 명령을 여러 단계로 나누어 순차적으로 겹쳐 실행하는 기술이었습니다.그런데 이 구조에서도 한 번에 하나의 명령 흐름만 처리할 수 있었습니다.슈퍼스칼라 구조는 이 한계를 뛰어넘습니다.CPU 안에 여러 개의 명령어 실행 유닛(Execution Unit) - 즉, A..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #10 - 분기 예측(Branch Prediction), 미래를 내다보는 두뇌 CPU는 어떻게 미래를 예측하고 멈춤 없는 사고 흐름을 유지할까?핵심요약CPU의 분기 예측(Branch Prediction)은 프로그램이 다음에 실행할 명령을 ‘미리 짐작’하는 기술입니다.이 덕분에 CPU는 “생각이 끊기지 않는 두뇌”처럼 작동하며, 예측이 맞으면 놀라운 속도로 연산을 이어갑니다.반대로 틀리면 ‘되감기(Flush)’가 필요해 성능 저하의 원인이 되기도 합니다. 1. 개념 설명 - “CPU도 직감을 사용한다”분기 예측은 CPU가 코드의 흐름 중 조건문(if)을 만났을 때, 어느 쪽으로 갈지를 미리 판단하는 과정입니다.if (x > 0) { // ...} else { // ...} 위와 같은 코드에서 CPU는 x > 0이 참일지 거짓일지를 미리 예측해야 다음 명령을 준비할 수 있습..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #9 - 파이프라인(Pipeline), 생각의 흐름을 분할하다 한 번에 하나씩이 아니라, 동시에 여러 생각을 흐르게 하는 CPU의 두뇌 공정핵심요약파이프라인(Pipeline) 은 CPU가 명령을 ‘연속적이면서도 동시에’ 실행하는 기술입니다.명령어를 여러 단계로 쪼개어, 각 단계가 동시에 일하도록 만들어CPU가 “한 번에 여러 생각을 이어서 하는 두뇌” 처럼 작동하게 합니다. 1. 파이프라인이란 무엇인가?CPU가 한 번에 한 명령만 처리한다면,다음 명령은 그전 명령이 끝날 때까지 기다려야 합니다.이건 마치 사람이 한 문장을 다 쓰기 전엔 다음 문장을 생각하지 못하는 것과 같습니다. 파이프라인은 이 문제를 해결하기 위한 방법입니다.명령어를 Fetch → Decode → Execute → Memory → Write Back여러 단계로 나누고, 각 단계가 동시에 진행되게 ..
[하드웨어 뜯어보기] CPU #8 - 멀티코어(Multi-core), 생각을 나누는 두 개의 뇌 하나의 두뇌를 넘어, 협업하는 여러 뇌의 시대핵심요약멀티코어(Multi-core) CPU는 한 개의 칩 안에 여러 개의 ‘두뇌(Core)’가 들어 있는 구조입니다.각 코어는 독립적으로 연산을 수행하면서도, 공유 캐시와 버스를 통해 서로 협업합니다.즉, CPU가 ‘생각을 나누는 두 번째 두뇌’ 를 갖게 된 것입니다.1. 멀티코어란 무엇인가?기존의 CPU는 하나의 코어가 모든 명령을 순차적으로 처리했습니다.하지만 연산량이 폭발적으로 늘어나면서, “한 뇌(CPU)로는 더 이상 감당할 수 없다” 는 한계에 부딪쳤죠. 그래서 등장한 것이 멀티코어(Multi-core) -한 칩 안에 여러 개의 코어를 집어넣어 동시에 연산을 수행하는 구조입니다.각 코어는 독립된 연산 장치이지만, 하나의 작업을 여러 부분으로 나누어 ..

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