24. 하드웨어 개요 및 구조KAIST SPARCS 11 Rodumani

학습목표•컴퓨터의 구성을 안다 .•하드웨어의 중요성을 안다 .•컴퓨터 하드웨어들의 역할을 안다 .•서버와 PC 하드웨어의 차이점을 안다 .

PC 의 기본구성 ..?

PC 의 기본구성

CPU

Central Processing Unit

INTEL

AMD

Cyrix

VIA

SIS

Marvell

INTEL

AMD

INTEL 4004 (1971) - 4Bit

INTEL 8080 (1971) - 16Bit

Intel 8086 (1978) - 16Bit

INTEL 80286 (1982) - 16Bit

INTEL 80386 (1985) - 32Bit

INTEL 80486 (1989)

INTEL Pentium (1993) - P5

P6 Architecture

•Pentium Pro (1995)•Pentium II (1997)•Pentium III (1999)•AMD Athlon

NetBurst Architecture

•Pentium 4 (2000)•AMD Opteron/Athlon 64(2004)

•Pentium D (2005)•AMD Athlon 64 X2( 최초의 듀얼코

어 )

Core MicroArchitecture• INTEL Core 2 Series.. (2006~) •Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Solo(Mobile)• Brand Name 이 중요해짐• LGA 775 Socket 을 주로사용• AMD 가 INTEL 에게 다시 주도권을 내준다 .

•Core 2 Quad : Core 2 Duo 를 2 개 이어붙여서 생산

Nehalem Architecture•INTEL Core i Series (1st Generation)

• i7 BloomField 1366 Socket - Quad Core, QPI • i5, i7 LynnField 1156 Socket - Quad Core, DMI• i3, i5 ClarksField 1156 Socket - Dual Core, DMI, Graphic

•IMC (Integrated Memory Controller) 도입

•Native MultiCore Architecture•Shared L3 Cache

Sandy Bridge Architecture•INTEL Core i Series (2st Generation)

• Integrated Graphic Core• Shared L3 Cache With Graphic Core

•IvyBridge(22nm) 예정

Xeon •서버군 INTEL Processor

• Multi-Processor 지원• PC 군 보다 큰 CacheMemory• 안정적인 성능

•P6 아키텍쳐부터 생산되어온 브랜드 .•지원하는 메인보드가 비싸다 .

CPU 용어

CPU

• Core

• 실직적 CPU. 각종 논리적 연산을 수행하는 곳이다 .

• MultiCore CPU 는 Core 가 여러개인 것으로 CPU 가 여러개인 것과 비슷한 효과를 낸다 .

CPU

• Cache Memory• CPU 내부에 있는 RAM. Core 가 굉장히 빠른속도로

접근할 수 있으므로 Cache 가 클수록 비싸다 .

CPU

• Socket• CPU 가 메인보드에 꽃히는 공간 . Socket 은 보통

핀의 개수로 구분하는데 최근에는 1155 개의 핀을 사용한다 .

478(P4) 775(Core) 1155(SandyBridge)

CPU•Clock

• CPU 의 작동 속도 . FSB 에 Multiplier 를 곱해서 정해진다 . 높을수록 빠르지만 같은 Clock 을 가진 CPU 여도 Cache 구조 , 메모리컨트롤러 등에 따라 성능이 다를 수 있다 .

•제조공정• CPU 를 생산하는데 사용된 공정의 크기 . 작을수록

더많은 부품을 넣을 수 있고 부품간 간격이 넓어지므로 발열이 줄어든다 .

CPU•TDP(Thermal Design Power)

• 열 설계 전력 . 최대 전력소비시에 발생하는 열의 양으로서 낮을 수록 좋다 . Desktop 은 45~130W 에 이르기까지 성능에 따라 열방출량이 천차만별이다 . Mobile 은 보통 20~30W 수준으로 소비전력중심으로 설계된다 .

•Stepping• 같은 CPU 여도 항상 같은 방식으로 생산되는 것은

아니다 . 세밀한 구조의 변화 혹은 공정에 변화에 따른 제품의 차이가 있다 . 보통 A0,A1,B0.. 와 같이 문자 -숫자 조합으로 표시하며 문자는 MajorUpdate, 숫자는 MinorUpdate 를 나타낸다 .

CPU•HT(Hyper Threading)

• Pentium 4 HT 에서 소개된 기능 . 단일코어에서 Thread 를 한번에 2 개씩 처리하는 기능으로 MultiCore Processor 만큼 뛰어난 효율을 보여주지는 못하여 관심에서 외면되었다가 , 최근 Core i 시리즈 CPU 에 다시 등장하였다 .

•VT-x,AMD-V• CPU 의 하드웨어 가상화 지원으로 Intel 은 VT-x, AMD 는 AMD-v 라는 기술로 부르고 있다 . 하드웨어가상화가 지원되지 않으면 각종 VirtualComputer Solution 을 이용하기 힘들다 .

CPU•FSB(Front Side Bus)

• CPU 와 메인보드상의 NorthBridge, 그리고 RAM 이 통신하는 통로 (Bus). CPU 정보에 표기되어있는 FSB는 보통 FSB Clock 을 말한다 . FSB Clock 이 높을수록 빠른 통신이 가능하기 때문에 높을 수록 좋다 . 하지만 최근에는 병목현상이 한계치에 다다라 QPI,DMI(Intel), HyperTransport(AMD) 와 같은 대체기술로 바뀌고 있다 .

•배수• CPU 는 FSB 에 배수를 곱해서 Clock 을 정하는데

불필요한 전력소비를 줄이기 위해서 CPU 사용량이 적을때에는 배수를 낮춰서 작동속도를 낮추기도 한다 . (Intel SpeedStep)

FSB vs QPI

http://www.intel.com/technology/quickpath/introduction.pdf

FSB(Front Side Bus)

QPI(Quick Path Interconnect)

MainBoardP45 P67

Server Mainboard

RAM

RAM•DDR / DDR2 / DDR3 •Dual-Channel•RAM Timing•ECC/REG•Buffered

DDR

• 램 규격의 일종으로 Double Data Rate 의 줄임말이다 .

• 동일 클럭에서 대역폭을 2 배로 늘여준다 .

• DDR Version 에 따라 홈의 위치와 통신대역폭 , 클럭속도가 다르다 .

• DDR2-PC4200

4.2GHz 의 대역폭

Dual-Channel•빠른 CPU 와 느린 메모리 사이의 병목현상을 줄이기 위해 나온 기법 .

•단일 채널이 64bit 로 이루어진 것을 128bit대역폭으로 2 배로 만든다 .

EX) FSB 800MHz, 800*8(byte) = 6.4 (GHz)

만일 DDR2-PC4200 램이면 단일 대역폭 4.2(GHz)

병목현상 초래 !

따라서 Dual-Channel 을구성하여 8.4(GHz) 의 대역폭을 만든다 .

RAM Timing•RAM 이 작업을 수행할 때 램 클럭을 기준으로 작업을 대기할 시간 .

•숫자가 작을 수록 빠른 RAM 이다 . • 오버클럭킹을 통해 RAM Timing 을 줄이기도 하나 ,

견딜수 있는 성능 이하로 줄이면 신호를 놓쳐 시스템이 불안정해 진다 .

•T(RAS), T(RCD), T(RP), CAS Latency(CL) 을 순서대로 적어 보통 8-3-3-2 식으로 표시한다 .

• SPD 라는 것을 통해 보통 Auto 로 입력된다 .

RAM Timing

T(RAS)Row Address Strobe.

데이터가 있는 곳의 행 주소를 받는데 걸리는 시간 .

T(RCD)RAS-to-CAS delay.

열주소와 행주소 사이의 기다리는 시간 .

T(RP)RAS Pre-charge Time.

한 사이클에 데이터가 몇번이나 돌아오는지 정한다 .

CL CAS Latency.읽은 행 주소의 열 정보를 찾는데 걸리는 시간 .

ECC•Error Checking and Correcting

or Error Correcting Code•RAM 의 작동 방식

• 램의 1 과 0 은 전압으로 분석되는데 외부의 전기적 자극에 의해 전압이 바뀔 수 있다 .

• ECC 는 이를 분석해 복구할 수 있다 .

• PC 에서는 RAM 의 성능이 좋아짐에 따라 무시하는 편이나 ,Server 는 절대적 안정성을 위해 사용한다 .

ECC 작동원리

Unregistered RAM

REG

FB(Fully-Buffered) DIMM

HDD

Inside of HDD

서버용 HDD•딱히 서버용 HDD 라고

분류되는 제품은 없으나 ,

• 서버에서 HDD 를 장착할때는 가이드를 통해 장착하며 , 보통 핫스왑을 지원한다 .

• 시스템 OS 용 HDD 는 주로 서버 내부에 있으며 , RAID 용 HDD 는 전면에서 삽입하는 형태로 되어있다 .

RAID

RAID 0

• Block 단위 스트라이핑

• 최소 2 개의 디스크필요

• 하나라도 고장날 경우 전체 데이터 손실

• 전체 용량을 다 사용가능

• 빠른 속도가 장점

RAID 1

• Block 단위 미러링

• 최소 2 개의 디스크필요

• 몇개가 고장나던 하나만 있으면 복구가능

•디스크 하나의 크기만 사용가능

• 뛰어난 안정성이 장점

RAID 2• Block 단위 스트라이핑 + Hamming 오류정정코드 보관

• 최소 3개의 디스크필요

• 복구가능갯수는 패리티상태에 따라 달라짐

•디스크소모량이 큼

•거의 사용을 안함

RAID 3

• RAID2 의 개선형으로Bite Parity 를 한디스크에 보관

• 최소 3개의 디스크필요

• 하나의 디스크오류까지 복구가능

• n-1 만큼 사용가능

RAID 4

• RAID3 의 개선형으로 디스크단위 Parity 보관

• 최소 3개의 디스크필요

• 하나의 디스크오류까지 복구가능

• n-1 만큼 사용가능

RAID 4 실습 !

Disk 2 의 Parity 정보는 ?

RAID 4 실습 !

<XOR>0⊕1=1 1⊕0=11⊕1=00⊕0=0

RAID 4 실습 !

RAID 4 실습 !

Disk 2 의 Parity 정보는 ?

RAID 4 실습 !

RAID 4 실습 !

Disk 3 의 Parity 정보는 ?

RAID 4 실습 !

RAID 4 ....?

RAID 4 의 문제점은 ?

RAID5• RAID4 의 개선형으로

Parity 정보를 분산시켜 저장 .

• 최소 3개의 디스크필요

• 하나의 디스크오류까지 복구가능

• RAID4 보다 빠르게 엑세스할수있다 .

• n-1 만큼 사용가능

RAID6• RAID5 의 개선형으로

Parity 정보가 2 개로 저장됨 .

• 최소 4개의 디스크필요

•두개의 디스크오류까지 복구가능

• RAID5 보다 안정적이다 .

• n-2 만큼 사용가능

RAID6 Parity Algorithm

•P=D0 ⊕ D1

•P=0110 ⊕ 1000 =1110

RAID6 Parity Algorithm• Q=g0D0 ⊕g1D1

• Q=g0(0110) ⊕g1(1000)

=0110⊕0100

=0010

RAID6 실습 ! • P와 Q 의 Parity 코드를

구해봅시다 !• P=D0 ⊕ D1

• Q=g0D0 ⊕g1D1

• 0001• 1000• 0100• 0010• 1001• 1100• 0110• 1011• 0101• 1010• 1101• 1110• 1111• 0111• 0011

RAID6 실습 ! • P와 Q 의 Parity 코드를

구해봅시다 !• P=D0 ⊕ D1

• Q=g0D0 ⊕g1D1

• 0001• 1000• 0100• 0010• 1001• 1100• 0110• 1011• 0101• 1010• 1101• 1110• 1111• 0111• 0011

RAID6 실습 2! • Disk0 와 Disk1 의 정보를

복원해 봅시다 !• P=D0 ⊕ D1

• Q=g0D0 ⊕g1D1

• 0001• 1000• 0100• 0010• 1001• 1100• 0110• 1011• 0101• 1010• 1101• 1110• 1111• 0111• 0011

RAID6 실습 2! • Disk0 와 Disk1 의 정보를 복원해 봅시다 !

• P=D0 ⊕ D1=A=1110• Q=g0D0 ⊕g1D1=B=0010

• B⊕g14=g14D0⊕g15D1 =g14D0⊕D1

• 0100=g14D0⊕D1

• 0100⊕1110=g14D0⊕D1 ⊕ D1 ⊕ D0

1010= g14D0⊕ D0⊕0000

1010= g14D0⊕ D0

• 이전 것과 현재것의 XOR 이 1010 인것 .

• D0=0110 D1=1000

• 0001• 1000• 0100• 0010• 1001• 1100• 0110• 1011• 0101• 1010• 1101• 1110• 1111• 0111• 0011

RAID6 실습 2!- 실전 • Disk0 와 Disk1 의 정보를

복원해 봅시다 !• P=D0 ⊕ D1

• Q=g0D0 ⊕g1D1

• 0001• 1000• 0100• 0010• 1001• 1100• 0110• 1011• 0101• 1010• 1101• 1110• 1111• 0111• 0011

Graphics Card

Graphics Card•서버용에서는 그래픽 연산용보다는 최근 CUDA, ATi Stream 등을 이용한 GPGPU 를 위해 사용 .

•하지만 PC 에서는 Graphics 처리를 위해 사용된다 . •게이밍용 GPU 와 디자인용 GPU 가 별도로 존재한다 .

•게이밍용 - NVidia Geforce, ATI Radeon Series•디자인용 - NVidia Quadro, ATI FireGL

•디자인용이 게이밍용보다 훨씬 비싸다 .• ( 그렇다고 게임이 더 잘되지는 않는다 .)

GPGPU•GPGPU(General-Purpose Computing On GPU)• 병렬 GPU• GPU 는 보통 수백~ 수천의 스트림프로세서를 보유• 이를 병렬컴퓨팅으로 활용하는 기술 .• NVidia 의 CUDA

•C 언어를 확장한 형태의 언어를 사용하여 쉬운 접근법으로 인해 많은 인기를 얻음 .

•CPU 와 GPU 를 통합하여 APU 를 개발하는 추세로 미래가 불투명한 점도 있음 .

그래픽카드 성능비교• 주로 3DMarks 와 같은 벤치마크 툴들을 이용해

점수를 내어 비교한다 . • 구글에 검색해보면 쉽게 벤치마크결과를 조회할 수

있다 .• 주로 칩에 따라 성능이 좌우되지만 사용된 GDDR 의

용량 , 클럭에 따라서도 성능이 바뀐다 .• 때로는 OverClocking 을 사전에 해서 출시된 제품도

있다 .

•TIP) GPU 모델명을 이용한 비교 .

• 그래픽카드의 모델명은 주로 첫자리는 세대 , 둘째자리는 성능 , 알파벳은 세부성능 으로 분류된다 .

• 따라서 둘째자리 숫자가 높은것이 성능이 좋다 .

• 하지만 3세대 이상을 건너뛰기는 힘들다 .

• EX) Geforce GTX580, GTX560Ti, GTX480

• GTX580 과 GTX480 은 둘째자리가 같으나 첫째자리가 GTX580 이 더 높으므로 GTX580 이 성능이 좋다 .

• GTX480 과 GTX560Ti 는 전자가 두번째자리가 더 높으므로 GTX480 이 성능이 더 좋다 .

• 하지만 때로는 아키텍쳐의 변화에 따라 성립되지 않는경우도 있다 . ( 전력소모량은 특히 세대를 따르는 편이다 .)

PSU

PSU 의 중요성•PowerSupply 는 중요한 부품임에도 그 중요성에 대해

사람들이 인식하지 못하는 경우가 많다 . •Computer 에게 전원이란 생명이다 . •PowerSupply 를 저가형을 사용하면 Computer

전체의 안정성의 영향을 준다 . 믿을만한 브랜드의 제품을 쓰자 .

•PowerSupply 의 정격출력이 일정할수록 좋으며 , PFC와 같은 전기진동 방지 회로가 내장되있는 것이 좋다 .

•최근 VGA 에서 파워를 많이 요구하고 전용 포트도 있으므로 지원 여부를 확인하자 .

•PowerSupply 에 돈을 너무 아끼지 말자 .

실습 : 필요한 파워의 최소용량 계산

•파워 용량 계산해주는 싸이트• http://extreme.outervision.com/psucalculatorlite.jsp

• 본인 PC 의 Power 용량을 체크해 보자 .

•잘 모른다면 다음과 같은 사양으로 파워 용량을 계산해 보자 .

• CPU : Intel Core i5 2500K 3.3GHz Sandy Bridge

• RAM : DDR3 PC3-10666 2G * 2

• HDD : 1TB SATA3 6.0Gbps 7200RPM

• VGA : NVidia Geforce GTX580

• SuperMulti SATA2 ODD, 120mm Fan x2(Without LED)

CASE

CASE 의 중요성•CASE 는 컴퓨터의 몸이다 . •CASE 는 컴퓨터 부품들의 안정적인 보관과 함께 쿨링을 담당한다 .

•작은 케이스는 쿨링에 좋지 아니하다 .•특히 조립 PC 를 맞출때 슬림케이스를 사지 말자 .•쿨링 , 확장성 여러 모든면에서 좋지 아니하다 .

좋은 케이스의 기준•통풍이 잘된다 .

• 열이 안빠지면 컴퓨터는 죽는다 .

•단단하다 .• Desktop 본체는 주로 책상아래에 둔다 . 발에 맞거나

의자에 맞을 확률이 높다 .

•먼지유입에 대비되어있다 .•먼지를 막아주는 필터하나가 있는것이 꽤나 큰 차이를

만든다 .

•예쁘다 • 성능이 좋아봐야 못생긴 케이스에 있으면 빛을 바랜다 .

Rack Server

24. 하드웨어 개요 및 구조KAIST SPARCS 11 Rodumani

-The END-