새내기들보세요[ 3/16] 단단한 것들의 꽉찬 이야기’하드웨어’ / 한성숙 기자

93.09.196

컴퓨터 새내기들 보세요 단단한 것들의 꽉찬 이야기 ‘하드웨어 hardware‘

컴퓨터 시스템을 구성하고 있는 전기적 부품, 보드, 주변기기, 그 외 장비들을 일컬어 하드웨어라고 한다. 어느 컴퓨터 용어사전에는 하드웨어를 이렇게 정의하고 있다. 순 우리말로 컴퓨터 용어를 옮기고자 하는 젊은이들은 하드hard를 ‘굳은’으로, 웨어ware를 ‘연모’ 혹은 ‘모’라고 옮겨 ‘굳은 연모’라고도 부르기도 하지만, 이미 익숙해질대로 익숙해진 ‘하드웨어’는 ‘컴퓨터’란 단어만큼이나 우리말로 바꾸기가 어려워졌다. 앞으로 컴퓨터 용어를 우리말로 바꾸는 일이 완결, 정식안이 발표되고 나면 그 다음에는 당연히 그를 따라야 하겠지만 이번 기사에는 우리는 그냥 하드웨어고 부르기로 한다. 얘기가 너무 곁가지로 흘렀다. 세번째 시간은 바로 ‘하드웨어 정복하기’의 첫 시간이라 이런 장광설을 늘어놓게 되었다. 용어 정의에서도 잠깐 언급했듯이 하드웨어는 눈으로 보기에 단단한 그런 것들이다. 극단적으로 말해 컴퓨터 시스템에서 손으로 만져 단단한 것, 손으로 만질 수 있는 것이 바로 하드웨어라고 단언할 수 있다. 이중에서도 고갱이를 꼽으라면 기자는 단연 마더보드Motherboard의 손을 들어주겠다. 마더보드, 주기판(메인보드, Mainboard)라고도 하는 이 보드는 PC를 이루는 가장 기본적이고 필수적인 부품에 속한다. 마더보드를 알려면 먼저 ‘보드’란 단어부터 규정짓고 가야 한다. ‘보드’란 전자장비로 실제 공정 과정에서 사용되는 인쇄 회로 기판printed circuit boards에서 따온 말이라는 것이 지배적인 의견이다. ‘전자적인 부품들을 한 곳에 모아 놓은 결합체’이다. 결국, 마더보드는 컴퓨터 작동에 필요한 갖가지 부품들을 모아놓은 보드이다. PC에서 사용되는 보드는 마더보드 외에 도터보드daughter board가 있다. 도터보드는 메인보드 주변에 꼭 달라붙어 있어 마치 어미 뒤를 졸졸 ㅉ아다니는 자식처럼 보이기 때문에 생긴 이름이다. 그런데 아이로니컬한 것은 실제로 먼저 생긴 것은 마더보드가 아니라 도터보드라고 한다. 자신의 위치때문에 생긴 그 억울함을 누구에게 하소연하리요. 그러나, 도터보드는 그 비운의 이름보다는 확장보드, 어댑터, 추가보드 등으로 더 많이 불리운다. PC에 추가되어 PC 자체만으로는 제공키 어려운 다양한 기능들을 전달한다. 확장 슬롯에 꽂아서 사용하는 음악카드, 그래픽 카드, 내장형 모뎀, 바이러스 방역카드 등등이 그것이다. 그러나 이번 기사에서는 특별 기능을 제공하는 도터보드는 뒤로 밀어두고 먼저 마더보드부터 살펴보기로 하자.

보드의 어머니, 마더보드

수수께끼 – 컴퓨터 초심자들의 대부분이 불필요할 정도로 엄청나게 두려워하는 초록색의 커다란 물체는 무엇인가? 물음이 모호하니 대답도 여러가지일 수 있다. 그러나, 우리가 서로 나누고 있는 이번 기사 내용과 상황을 고려해 본다면 대답의 윤곽이 어느 정도 잡힌다. 정답은 ‘마더보드’이다. PC 뚜껑을 열고 들여다 보면 밑바닥에 깔려 있는 초록색의 커다란 판이 마더보드이다. 마더보드에는 갖가지 부품들이 꽂혀서 제각기 해당되는 역할을 담당하고 있다. 이번 기사를 통해서 모두를 아우르기는 역부족이지만 가장 기본적인 몇 가지만 짚어보자.

마이크로프로세서Microprocessor

중앙처리장치(CPU : Central Processor Unit), CPU라고도 부르는 마이크로프로세서는 컴퓨터의 두뇌이다. 8086, 8088, 80286, 80386, 80486SX나 80486 등 컴퓨터를 지칭하는 이 숫자들은 실제로는 마이크로프로세서의 대표적 생산업체인 인텔사가 내놓은 마이크로프로세서의 제품명이다. 마이크로프로세서의 이름이 컴퓨터의 기종을 대표할만큼 마이크로프로세서는 중요 부품이다. 키보드를 통해 들어오는 글자나 숫자들을 컴퓨터가 이해하는 건 중앙처리장치 덕택이다. 글자와 숫자들을 전자적인 펄스로 미리 결정해두고 이에 맞춰 키보드를 통해 사용자가 입력하는 글자나 숫자를 인식하는 것이다. 이런 전자적인 펄스의 연속을 ‘기계 코드machine code‘라고 부른다. 이 기계 코드를 읽고 내용을 해독하여 사용자가 원하는 작업 내용을 컴퓨터의 다른 부분에 전달하는 일도 마이크로프로세서의 역할이다.

코프로세서Coprocessor

코프로세서는 특정 처리 과정을 위해 제작한 중앙처리장치의 보조 칩이다. 수치 코프로세서가 코프로세서의 가장 일반적인 형태이다. CPU를 위한 계산기처럼 작동하는 수치 코프로세서는 사용자가 컴퓨터상에서 처리해야 할 엄청난 숫자가 많은 경우, CPU는 수치 코프로세서쪽으로 부과된 작업을 건네준다. 수치 코프로세서는 수학적인 계산을 처리하는 기능만 수행하면 되는 부품이다. 코프로세서는 꼭 필요한 필수 장비는 아니다. 사용자가 필요할 때 장착하는 부품이다. 80486부터는 PC에 기본 장착되어 나온다.

메모리

익히 알고 있는 램RAM이 컴퓨터의 운용 메모리이다. 사람들이 흔히 말하는 메모리란 ‘램’을 말하는 것이다. 반복해서 말하는 것 같지만 램은 전기를 끊으면 사라지는 임시 저장소라 안보면 멀어진다는 속담이 썩 어울리는 부품이다. 램칩은 마더보드 상에 메모리 뱅크라는 명칭으로 불리우며 일렬로 열을 이루고 있다. 롬ROM은 영구적인 기억장소로서 일단 읽어들인 소프트웨어 데이터는 지워지지 않는다. 이런 특성때문에 PC에 필요한 기본적인 지시 사항인, 기본 입출력 시스템(바이오스, BIOS-Basic Input Output System)이 저장돼 있다. 바이오스의 역할은 이미 첫 시간에 알린 바 있지만, 잠자는 PC를 깨우는 역할이다. 깨어나십시오. 이것이 바이오스가 PC를 향해 외치는 함성이다. 직사각형 모양의 롬칩은 마더보드 상에서 보면 칩 표면에 자신의 현재 버전을 알려주는 라벨이 붙어있는 경우가 많다.

시스템의 앞쪽

확장 슬롯

도터보드와 마더보드를 연결시켜주는 장치이다. 마더보드에는 보통 열개 정도의 확장 슬롯이 있다. 마더보드는 도터보트와 신호를 주고 받을 때 데이터 버스를 이용한다. 데이터버스는 대도시와 소도시를 잇는 연결도로와도 같다. 이 때 도로를 달리는 자동차들은 바로 데이터 버스를 통해 이동되는 데이터라고 보면 된다.

클럭

PC를 통해서 데이터를 전달하는 모든 작업은 일정한 속도상에서 이뤄진다. 이는 마치 고속도로상의 속도제한과도 같은 규정으로 이런 속도는 컴퓨터의 클럭속도라고 하는 것이다. 클럭Clock이라고 해서 시계처럼 시간의 경로를 따라 규칙적으로 움직이는 장치가 아니다. 컴퓨터의 클럭은 컴퓨터를 통해서 데이터가 이동하는 그 속도의 트랙을 유지한다. 클럭 속도가 빠르면 빠를수록 컴퓨터를 통한 정보의 수송이나 작업 완성이 빠르다. 클럭 속도는 마더보드상에 있는 수정결정체에 의해 측정되는데, 측정 단위는 MHz이다. 첫 IBM PC의 클럭 속도는 4.77MHz가 기본이었다. 지금 판매되는 PC중에서 빠른 것들은 속도가 66MHz 정도에 이른다.

주변장치 콘트롤러 칩

마더보드는 작은 부품들로 꽉 차 있고 후에 시스템에 추가할 주변장치 부품을 조정하는 점퍼(jumper-최종 사용자가 보드를 원하는 상태로 조정할 수 있도록 해 주는 전기적인 연결장치)로서 작동한다. 마더보드에는 컴퓨터 안에 있는 여러가지 선택사항의 기준을 결정하도록 도와주는 딥DIP – Dual Inline Pin 스위치도 있다. 마더보드는 중앙처리장치, 코프로세서, 메모리 칩 외에도 대단히 많은 다양한 칩들을 가지고 있다. 이런 칩은 모니터나 하드디스크, 플로피 디스크 드라이브와 같은 주변기기들을 통제한다. 주변기기는 중앙처리장치 대신 마더보드 상에 있는 이런 주변기기 콘트롤러 칩에 의해 통제를 받는다.

마더보드 속도에 영향을 미치는 삼총사

마이크로프로세서의 속도에 영향을 끼치는 중요한 세가지 요소는 데이터 버스 넓이, 클럭 속도, 명령당 클럭수이다. 정보 고속도로라고 할 수 있는 데이터 버스는 컴퓨터마다 넓이가 다르다. 4차선 도로는 2차선보다 다닐 수 있는 차량 수가 두 배가 넘듯이 16비트 버스는 8비트 버스가 전달하는 데이터의 두 배를 전달한다. 데이터 버스가 넓을수록, 마이크로프로세서가 한번에 전할 수 있는 정보량이 많다. 빠른 마이크로프로세서를 위한 두번째 요소는 클럭 속도이다. 버스 넓이와 클럭 속도도 중요하지만, 실제로는 마이크로프로세서 그 자체에 궁극적으로 얼마나 빨리 작동하는 가에 대한 책임이 있다. 고기능의 칩들은 특별한 특질을 가진 고도의 디자인으로 집적되어 있어 작동이 더욱 빠르다.

8088 가문의 역사

자, 이제 위에 설명한 마이크로프로세서를 채용해 작동하는 IBM PC와 호환기종의 족보를 열람해 보자.

XTeXtended Technology

8086은 1978년 8월에 소개되었다. 16비트 버스로 2만 9천개의 트랜지스터를 가지고 있고 5~10MHz 속도로 실행된다. 메모리 1MB(1,048,576바이트)까지 어드레스할 수 있고 인식할 수 있는 제품이다. 그 다음 해 6월에 발표된 8088은 8비트 버스라는 점을 제외하고는 8086과 특징이 동일하다. 8086과 8088 마이크로프로세서는 IBM PC XT에 들어있는 프로세서들이다. XT 모델은 아직도 사용되고 있는 곳이 많고, 교육용 PC도 XT를 계속 고수하고 있는 실정이지만, 대다수 사용자들에게는 구식 컴퓨터로 인식되고 있다. 그리고 지금 선보인 소프트웨어들이 대부분 고기종용 제품들이라 이런 현상을 더욱 부추기고 있다.

ATAdvanced Technology

1982년에 소개된 PC ATAdvanced Technology는 80286 마이크로프로세서를 내장하고 있다. 8~12MHz의 클럭 속도에서 작동하며 13만 4천개의 트랜지스터와 8086의 3~6배 실행 능력을 보유한 컴퓨터이다.

386

1985년 10월 17일 발표된 인텔의 80386DX는 27만 5천개의 트랜지스터와 32비트 버스로 구성된 제품이다. 16~33MHz 속도에서 실행되며, 메모리는 4기가바이트까지 어드레스할 수 있다. 가상 모드에서 실행할 때, 386은 여러 개의 다른 프로그램을 동시에 실행할 수 있는 여러 개의 8086 마이크로프로세서처럼 작동한다. 386의 이런 특징은 특히 다중 작업을 필요로 하는 프로그램에 아주 유용하다. 발표된 후 처음 2년동안은 너무 비싼 가격때문에 일반 사용자들에게는 그림의 떡이었다. 결국, 업계는 386보다 한단계 낮춘 386SX를 1988년 6월 16일에 발표하면서 문제 해결에 나섰다. 386SX는 386 마이크로프로세서와 동일한 기능을 제공하지만, 데이터 버스가 16비트 버스와 더 낮은 클럭 속도에서 작동한다. 비용상의 이익을 얻는 대신 속도상의 이익은 버리자는 것이다.

【표 1】인텔 마이크로프로세서

486

인텔의 80486DX는 1989년 4월 10일 소개되었다. 1백20만 개의 트랜지스터를 가지고 있다. 속도는 25~50MHz, 어드레스할 수 있는 메모리가 16MB, 버스는 32비트이다. 486DX의 눈에 들어오는 또 다른 특질은 8KB 캐시 메모리에 있다. 486DX부터는 387 호환 수치 코프로세서가 기본 내장되어 있다. 486 속도 향상에 공헌한 또 다른 특질은 축소 명령어 세트 컴퓨팅(RISC – Reduced Instruction Set Computing, 1993년 8월호 ‘신기술 시리즈’ 참조) 기술을 채용한 덕택이다. 컴퓨터가 처리해야 할 많은 명령어 처리 체계를 단순화한 기술이다. 486에도 한 단계 낮은 SX 제품이 있다. 1991년 4월 22일에 소개된 486SX는 16~33MHz 속도로 작동하며 1백18만5천 개의 트랜지스터를 가지고 있다. 어드레스할 수 있는 메모리는 4기가바이트에 달한다. 486SX는 수치 코프로세서가 기본 내장되어 있지 않다. 486은 대부분의 사람들이 필요로 하는 것보다 훨씬 강력한 기능을 가진 제품이기도 하다.

486DX2

1992년 3월에 발표한 인텔의 486 마이크로프로세서 가족의 일원인 486DX2는 50MHz라는 무서운 속도로 실행되는 제품이다. 두번째 DX2는 66MHz에서 실행되며 1992년 8월에 소개되어 어느 컴퓨터보다 오랫동안 컴퓨터 업계의 마지막 주자로서 자리를 유지할 것으로 보인다.

펜티움

차세대 마이크로프로세서로 주목받는 펜티움은 지금까지 숫자로 불리우던 프로세서 이름에서 처음으로 문자로 된 이름을 가진 인텔 제품이다. 586이냐 아니냐라는 논란도 있고, 구입하기도 엄청나게 비싼 가격때문에 일반 사용자들에게는 눈요기거리로만 남아있다.

오버드라이브란

인텔이 선보인 오버드라이브는 486DX와 486DX2의 속도에 매료된 많은 사람들에게 486SX나 486DX 값만 지불하고도 성능은 한 단계 위를 누릴 수 있게 해 준다. 마이크로프로세서 옆에 오버드라이브 프로세서를 장착한 컴퓨터를 구입한 사용자는 이후에 25MHz 486SX를 486DX2 50MHz 제품으로 업그레이드할 수 있다는 의미이다.

저장매체의 대명사, 하드디스크

중심 부품인 마이크로프로세서와 컴퓨터 자체에 대한 개략적인 설명을 마쳤다. 그렇다고 컴퓨터를 알았다고 말하는 것은 너무 성급한 독자다. 컴퓨터를 알려면 두번째, 저장매체 고개를 넘어야 한다. 컴퓨터를 가지고 아무리 좋은 작업을 마쳤다고 해도 저장매체가 없다면 소용없는 일이다. 꺼내서 활용할 방법이 없으니 말이다. 지금이야 플로피디스 드라이브는 물론 하드디스크 드라이브도 기본인 시절이지만, 옛날 컴퓨터계에서 호랑이 담배먹던 시절에는 플로피드라이브도 선택사항으로 별도 구입해야 했다. 플로피 드라이브가 본체내로 들어가고, 점차 용량이 큰 프로그램이 등장해 플로피 디스켓을 계속 넣다 뺐다 해서 귀찮아지자 한꺼번에 많은 내용을 수용할 수 있는 하드디스크를 아예 집안(본체)으로 들어앉히는 것으로 문제를 해결했다. 하드디스크는 마그네틱 테이프와 유사한 자기를 이용한 저장 장치이다. 하드디스크가 처음부터 원판이었던 것은 아니다. 컴퓨터 공학자들이 대용량 저장 장치로 처음 눈독을 들이건 1940년경 독일에서 2차 세계대전에 개발해 음악 녹음용으로 쓰이던 마그네틱 테이프였다. 그러나, 연구결과는 과학자들의 기대를 무너뜨렸다. 정보 빨리 찾기가 생명인 컴퓨터의 성질에 차근차근 순서대로 돌아가며 정보를 제공하는 마그네틱 테이프의 질서정연함은 전혀 맞지가 않았다. ‘차근차근’보다는 ‘빨리빨리’가 중요한 기계가 컴퓨터이다. 결국, 완성은 IBM사에서 해냈다. 데이터에 마음대로 접근할 수 있는 저장 방법 개발팀을 구성한 IBM은 1973년 지금과 같은 하드디스크를 개발해냈다. 하드디스크를 일러 종종 ‘윈체스터 디스크’라고 부르는 것은 이 개발 프로젝트 팀 이름이 바로 윈체스터였기 때문이다. 초창기 하드디스크 값은 지금은 상상키 어려울 정도로 비쌌다. 현재 하드디스크 인터페이스는 ST506, RLL, ESDI, SCSI가 있고 널리 사용되는 디스크 용량은 40MB에서 불과 2,3년 사이에 386은 1백 20MB, 486은 2백MB로 주도권이 이전되고 있다. 현재 가격은 1백20MB 제품이 23, 4만원선에서 거래되고 있다.

【그림 1】하드디스크 구성요소 (사전의 하드디스크 그림)

하드디스크 작동원리

하드디스크는 플래터platter와 읽기/쓰기 헤드로 그 중심축을 이루고 있다. 읽기/쓰기 헤드는 코일coil이라고 부르는 전기선을 감싸서 만든 전자석이다. 코일은 코어Core라고 부르는 철을 기본으로 하는 말굽 모양의 금속을 감고 있는 상태이다. 코일을 통해서 전기적 흐름이 흐를 때 코어는 자석이 된다. 코일을 통해 들어오던 흐름이 멈추면 코어도 자성을 잃게 된다. 알루미늄 성질의 디스크는 쉽게 자기적인 성질의 요소로 코팅된다. 디스크 표면은 작은 자기 영역Domains이나 혹은 자기적으로 분리된 양극을 표시하는 비트들로 구성되어 있다. 이 영역은 디스크 상에 순차적인 질서를 가지고 정보를 자리잡도록 하는 트랙이라 불리는 동심원에 자리하고 있다. 하드디스크는 한 축을 기준으로 일정한 속도에서 함께 돌아간다. 문서를 저장할 때는 문서를 읽기/쓰기 헤드를 통해서 전기적으로 컴퓨터로 전달한다. 가장 바깥쪽 트랙에서 시작하는 헤드는 디스크 표면상의 자기 영역의 극성을 변화시켜서 디스크 회전의 트랙에서 문서의 코드를 해독해 낸다. 읽기/쓰기 헤드로부터 읽어들인 전자기 신호는 컴퓨터가 이해할 수 있는 1과 0의 코드인 디지털 혹은 이진binary 형태로 문서를 복사해 둔다. 0과 1 중 하나로 하드디스크의 자기 영역의 자성화에 의해 읽기/쓰기 헤드는 ‘0’비트와 ‘1’비트의 코드로 만들어낸다. 하드디스크로부터 같은 문서를 불러낼 경우에는 읽기/쓰기 헤드는 더 이상 자성 기운이 없다. 자성 흐름을 보내는 대신, 읽기/쓰기 헤드상에 있는 코일은 작은 자성 비트에 의해 만들어진 작은 전기적 펄스의 코드를 읽는다. 그리고 나면 이진 코드는 그 코드를 해독하여 본래 서류와 같은 형태로 만든 다음, 컴퓨터 화면으로 되돌려준다. 이처럼 번잡해 보이는 과정을 통하지만, 실제로 사용자 눈에 나타나는 것은 본래 문서의 형태일 뿐이다. 기계어로 번역되었다가 다시 문자나 숫자로 돌아오는 것은 느끼지 못할 정도의 촌음의 시간이다.

FDISK 사용한 하드디스크 포맷

디스켓을 사용전에 포맷하는 것은 이젠 어려운 일이 아니다. 하드디스크 역시 포맷을 하는 것에 있어서는 예외가 아니다. 사용중인 하드를 포맷할 때는 크게 복잡할게 없다. 도스 디스켓을 A 드라이브에 넣고 C:\>format c:/s 라고 명령을 주면 된다. 기억할 것은 포맷 명령은 반드시 충분한 확인을 거친 다음에 행해야 한다는 것이다. 그러나, 정식으로 하드디스크 포맷을 하려면 그리 간단한 문제가 아니다. 먼저, 바이오스 하드디스크 정보를 설정하고, 그 다음 저단계(로우 레벨) 포맷을 한다. 그리고 나서는 도스의 FDISK 명령을 이용해서 하드디스크 분할영역을 설정하고 그런 다음, 일반적으로 말하는 도스 포맷인 고단계(하이 레벨) 포맷을 하면 끝난다. 하드디스크는 생산 업체마다 모두 조금씩 형식이 달라 일일이 여기서 설명하기는 불가능하다. 단, 처음 셋업할 때 셋업 프로그램에서 하드디스크 설정을 몇 번으로 맞춰 놓았는지는 알아두어야 한다. 일반 사용자는 3단계인 FDISK를 이용하는 과정부터 하면 된다. 이 부분부터 알아보자.

잠깐, 하드디스크가 죽었다?

컴퓨터를 켰는데 컴퓨터가 하드디스크를 인식하지 못해 부팅이 되지 않는다. 이럴 때 흔히 하드디스크가 깨졌다라는 표현을 쓰는데, 하드디스크는 전기적인 충격에 약해 느닷없이 전원이 꺼지거나 하면 곧잘 시스템이 나가는(작동이 되지 않는 상태를 흔히 이렇게 부른다) 경우가 발생한다. 만약 시스템만 나간 상태라면 해결책은 아주 간단하다. 먼저, A 드라이브에 시스템이 들어있는 디스켓을 넣고 나서 A:\>SYS C: 라고 입력하기만 하면 된다. 이 때 주의할 점은 하드디스크에 본래 들어있는 도스 버전과 나중에 심은 시스템의 버전이 같아야 한다는 것이다. 하드디스크가 죽는 경우는 무수히 많다. 그러나, 간단하기는 해도 심심찮게 일어나는 경우이다. 더욱 자세한 내용은 차후 하드디스크 관련 기사를 마련하여 알아보기로 하자.

다음 호에는

말타고 가면서 산천 구경하듯 하드웨어에 대한 전반적인 내용을 알아보았다. 다음 호에는 메모리란 무엇이고, 관리는 어떻게 해야 하는지, 또 관리를 위해 필요한 각종 프로그램들은 무엇이 있는지 등등에 대해 살필 계획이다.