[컴퓨터구조] Cpu의 내부클럭과 외부클럭(FSB)가 필요한이유..

CPU는 버스를 통해 메모리와 연결되어 있습니다. 그런데 이 버스에서 데이터를 전송하는 과정이 생각보다 복잡합니다. 1클럭에 바로 이루어지는 게 아니라 CPU가 버스에 데이터 전송 요청을 하면 버스가 메모리에 그 요청을 전달해서 데이터를 전송하게 되죠. 그런데 이 버스도 클럭이 들어가야 동작을 합니다. 이 버스 클럭이 FSB 클럭인데 버스 클럭으로 보통 2~3클럭에 한 번의 데이터 전송이 일어납니다. 게다가 버스에 만원이면(다른 거 하느라고 바쁘면) 하던 거 끝날 때까지 기다리기도 하고 메모리가 바쁘면 또 더 기다리기도 합니다. 생각보다 오래 걸리죠. 아뭏든 CPU가 동작하는데도 클럭이 필요하고 버스가 동작하는데도 클럭이 필요합니다.

그럼 왜 CPU 클럭과 버스 클럭이 왜 다른가. 이건 윗분이 말씀하신 게 답입니다. 메모리의 속도가 CPU의 속도를 따라가지 못하기 때문에 버스 클럭을 높여봤자 의미가 없죠. 버스랑 통신하지 않더라도 CPU는 혼자서 다른 일도 할 수 있기 때문에 CPU 클럭을 버스에 맞춰 낮출 수는 없고 그러다보니 지금처럼 CPU 클럭과 버스 클럭이 다른 상황이 된 것이죠.

근데 보통은 버스 클럭과 CPU 클럭이 상관이 있습니다. 버스 클럭의 배수로 CPU 클럭이 결정되죠. 그래서 맞추려면 어렵지 않게 맞출 수 있습니다.

BUS에는 메모리만 연결되는게 아니죠.

PCI나 ISA(...)를 비롯한 온갖 괴이한 장치들이 수도 없이 연결됩니다.

이 많은 장치들이, 다들 자기 멋대로 신호를 주고 받는다고는 생각하지 않으시겠죠?

CPU에 직접 연결되는 물건이라면야 적당히 delay 주면서도 통신 할 수 있겠지만.. 현실적으로 쉽지 않겠죠. 이때 CPU와 외부 장치의 통신에 바로 FSB가 사양된다는 이야기입니다.
게다가, PC의 여러 장치들에 들어가는 clock이 FSB의 배수로 들어가기 때문에 함부로 정할 수가 없지요.

예전... 486 DX 까지는 메인보드와 CPU 동작 클럭이 같았지요.
그런데 이 이상 인텔이 클럭을 올릴려고 하니 다른 주변 제품들이
인텔 CPU 의 클럭을 따라가지 못했습니다. (기술력과 비용문제로)
486 DX 50 이 나왔을 때 제폼이 가격이 너무 비싸져 버렸습니다.
그 주범이 CPU 가 아니라 보드의 칩들이 50 Mhz 을 따라 가기가 너무 벅찼거든요.
그래서 인텔은 그래? 뭐 늬들이 능력이 없음 어쩔 수 없지.
그럼 우리 따로 가자. 따로 따로 작동하다가 중간 중간 타이밍 맞춰서 통신을 하지 뭐~
그래서 486 DX2 486 DX4 라는게 나올 수 있었는데, 486 DX2 50 보다 486 DX 50 이 더 좋은 시스템입니다.
뒤의 50 은 cpu의 클럭을 의미하기 때문에 DX2 50 은 메인보드측은 25 이고 CPU 만 50 인거고 DX 50은 메인보드도 50, CPU 도 50이였죠.
이 이후로 CPU 와 메인보드는 따로 클럭을 가기로 했는데 이 후반에 보니깐 일반 PCI 나 ISA 는 램이나 글픽카드 만큼 빠르게 동작할 필요가 없다는 것에 착안해서 다시 메인보드를 노우스와 사우스로 구분해서 노우스에 램, 글픽, cpu 를 연결하고 사우스에 기타 주변장치를 연결해서 고클럭 장비의 제작 부담을 줄여 비용 절감을 노리게 된거죠.
FSB 가 있다고 해도 cpu 는 그 FSB 에 몇배로 동작하기 때문에 CPU 입장에서 램은 무지 느린 장비 입니다. 그래서 메인보드에 있던 램캐시가 cpu 로 들어가게됐죠. 그래서 느린 램과 빠른 CPU의 중간에서 적당히 조율을 램캐시가 하게 되는거져. 근데 또 cpu 클럭은 계속해서 올라가고 cpu 내의 캐시가 cpu 의 클럭에 1:1 로 작동하다보니 cpu 생산품중에 cpu 내 캐시메모리의 한계로 에러율일 높아져서 (에러율이 높으면 생산된것중 많은 부분을 판매할 수 없으니 소비자가가 상승하는건 당연하겠죠?) 다시 이걸 높은 클럭용 캐시(1차캐시) - 제작비용이 커서 작은 사이즈로, cpu 와 동클럭으로 작동 - 와 그 보다 낮은 캐시(2차캐시) - 제작비용이 1차캐시보다 싸므로 1차캐쉬보다 좀 더 크게, cpu와 메인메모리 중간 클럭으로 작동 - 로 나눠서 cpu의 에러율을 낮췄져.
결국은 제작비용대 성능비를 고려해서 최선의 선택을 하게된거죠.

cpu 에 1차 2차 (3차) 캐시를 두고도 메인메모리의 느린 속도에 못 마땅한 인텔은 prefetch 라는 기술도 넣었는데, 이건 컴파일러가 지원하는 경우는 아직 모르겠고 어셈코드로 실행하면 이용할 수 있습니다.

그래서~ 프로그래밍 하실때 1차 캐시 히트율이 높도록 코딩하시면 더 빠른 포퍼먼스를 얻을 수 있습니다. valgrind 같은 툴은 1,2차 캐시 히트율도 레포팅 해줍니다. 인텔의 프로파일러 역시 캐시 히트율을 프로파일링 해준다고 들었습니다.