마이크로컴퓨터

마이크로 컴퓨터

마이크로컴퓨터(microcomputer)는 마이크로프로세서를 중앙처리장치(CPU)로 사용하는 컴퓨터를 가리킨다. 마이컴이라고도 한다. 물리적으로 메인프레임과 미니컴퓨터에 견주어 작은 편이다. 수많은 마이크로컴퓨터 또한 개인용 컴퓨터(PC)라고 할 수 있다.

개요

마이크로컴퓨터는 하나의 칩 속에 중앙처리장치가 들어 있는 것으로, 1971년 인텔에서 처음으로 개발하였다. 마이크로프로세서에 LSI(large scale integration)에 의한 연산처리장치, 기억장치, 입·출력장치 등을 부가한 컴퓨터로, 개인용 컴퓨터나 산업용 로봇, 자동차 엔진, 가정용 기기 등에서 제어장치로 이용되고 있다. 집적기술의 발달로 CPU, 메모리, 입출력 제어의 각 부를 1개의 집적회로 위에 형성할 수 있는데, 이것을 특히 원 칩(one chip) 마이크로컴퓨터라고 한다. 마이크로컴퓨터를 이용한 시스템은 수많은 논리소자의 역할을 1개의 마이크로컴퓨터 칩으로 대치시킴으로써 전체 시스템의 부품의 수를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한 부품의 수가 줄어들므로 고장이 발생할 확률도 감소하며, 초기의 간단한 논리회로나 아날로그 회로를 이용한 시스템보다 훨씬 더 유연성이 있다.

역사

1960년, 마이크로컴퓨터란 용어가 등장했던 당시에는 컴퓨터의 중앙처리장치는 대개 마이크로프로세서가 아니었다. 당시 대세는 집적회로가 아닌 분리형 회로(discrete circuit)에 수많은 트랜지스터, 또는 심지어 진공관들로 이루어진 논리 게이트들과 마그네틱 코어 메모리를 탑재된 덩치 큰 컴퓨터들이었으며, 이런 컴퓨터는 그 본체를 구성하는 커다란 프레임의 명칭인 메인프레임, 또는 크기를 대폭 축소한 간이 메인프레임인 미니컴퓨터 등으로 불리웠다. 오늘날에는 모든 컴퓨터에 마이크로프로세서가 탑재되므로 컴퓨터 'CPU = 마이크로프로세서'가 당연하게 여겨지지만, 초창기 마이크로프로세서는 성능과 신뢰성 면에서 트랜지스터 기반 분리형 회로로 구성된 중앙처리장치에 뒤떨어지는 물건 취급을 받았다. 때문에 마이크로컴퓨터는 본격적인 컴퓨터가 아니라 보급형, 염가형 취급이었으며 제대로 된 메인프레임이나 미니컴퓨터를 들여놓을 돈이 없는 기업이나 연구실에서 쓰는 컴퓨터로 인식되곤 했다. 허나 마이크로컴퓨터는 상대적으로 저렴한 가격 덕분에 큰 인기를 끌었으며, 1970년대는 마이크로컴퓨터의 시대라 할 수 있을 정도로 열풍을 불러일으켰다. 마이크로프로세서용 소프트웨어를 전문으로 개발하는 회사들도 많이 만들어졌으며, 썬 마이크로시스템즈(SUN Microsystems), 마이크로소프트(Microsoft) 등 회사명에 “마이크로”가 들어간 기업들이 창업된 것도 이 시기이다. 이처럼 마이크로컴퓨터와 마이크로프로세서가 높은 인기를 끌자 관련 기술에 대한 투자도 활발해졌으며, 텍사스인스트루먼트(Texas Instruments), 인텔(Intel), 모토로라(Motorola) 등의 유명 회사들도 진공관, 트랜지스터 기반 제품에서 집적회로 칩, 즉 마이크로프로세서 기반 제품으로 주력 사업을 변경하기에 이른다. 최초의 마이크로컴퓨터는, 1971년에 인텔이 개발한 MCS-4라는 탁상 계산기용의 중앙전산처리장치(CPU)로서 사용되고 있던 4004를 사용한 4비트 컴퓨터였다. 점차 마이크로컴퓨터가 대중화되고 가격이 저렴해지자 아예 개인이 혼자 사용하는 1인용 마이크로컴퓨터 제품까지 등장하는데 이것이 개인용 컴퓨터(PC)다. PC는 1970년대 말에 등장해 1980년대를 주름잡은 대 히트 상품이었으며, 컴퓨터 사용자 저변인구를 기하급수적으로 확장시키며 인터넷의 보급을 비롯해 21세기 정보화 시대의 여명을 연 일등 공신이기도 하다. 1980년대까지만 해도 마이크로컴퓨터라는 용어는 종종 사용되었으며, 영국의 PC였던 BBC 마이크로, 미국 컴퓨터 게임 제작사인 마이크로프로즈, 일본식 신조어인 마이콘 등 1980년대의 물건과 말에서 그 흔적을 찾아볼 수 있다. 허나 IBM의 PC인 5150의 제품명인 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer)가 큰 인기를 끌면서, 마이크로컴퓨터라는 용어는 점차 사용되지 않게 되고 그 자리를 퍼스널 컴퓨터란 용어가 차지하게 된다. 엄밀히 말하면 마이크로컴퓨터와 PC는 동시 사용자가 몇 명이냐는 차이가 있다. PC는 한 번에 한 명의 사용자만이 사용하도록 만들어진 컴퓨터지만, 마이크로컴퓨터는 터미널을 연결해 두 명 이상의 사용자가 타임 셰어링(시분할) 방식으로 이용할 수도 있었다. 대표적으로 마이크로소프트의 마이크로컴퓨터용 운영체제인 제닉스(Xenix)는 유닉스의 일종으로 시분할 처리 방식의 운영체제였다. 하지만 PC의 인기가 급상승하며 마이크로컴퓨터는 점점 설 자리를 잃게 된다. 물론 상술한 대로 오늘날엔 모든 컴퓨터가 마이크로프로세서 기반 중앙처리장치를 갖고 있으므로 마이크로컴퓨터의 원래 정의를 그대로 이용할 수는 없게 되었으며, 주로 아주 작은 소형 컴퓨터를 마이크로컴퓨터라 부르곤 한다. 허나 이젠 마이크로컴퓨터라는 용어 자체를 거의 안 쓴다.

특징

언어

마이크로컴퓨터에서는 프로그램에 따라서 시스템 전체의 동작을 제어하고 있다. 마이크로컴퓨터는 논리 소자로 구성되어 있으며, 2진수로 동작하기 때문에, 마이크로컴퓨터의 동작을 규정하는 프로그램도 2진수로 줄 필요가 있다. 이 컴퓨터가 이해할 수 있는 2진수의 언어를 기계어라 한다. 그러나, 기계어는 2진수의 나열이며, 인간으로서는 대단히 읽기 어려운 언어이다. 이 때문에 보통 프로그램을 개발하는 경우에는 인간이 이해하기 쉬운 언어로 프로그램을 기술하고, 마이크로컴퓨터에 줄 때에 기계어로 변환하는 방법이 취해지고 있다.

구조

마이크로컴퓨터는 마이크로프로세서, 기억장치 램(RAM) 및 롬(ROM), 입출력 장치가 모여서 이루어진 것이다. 마이크로컴퓨터는 몇 개의 대규모 집적 회로 칩으로 된 작은 디지털컴퓨터이다. 마이크로컴퓨터는 연산이나 조건 판단을 마이크로프로세서, 데이터나 프로그램을 기억하는 메모리, 센서나 스위치 입력이나 모터 구동을 담당하는 입출력 장치 등으로 구성된다. 중앙처리장치(CPU)는 하나 또는 여러 개의 LSI 소자로 되어 있으며, 그 밖에 프로그램과 자료를 위한 읽기용 기억 장치, 클럭 회로, 입출력 접속 장치, 선별 레지스터, 제어 회로 등이 필요하다. 마이크로컴퓨터 구조는 한번 실행에 처리할 수 있는 데이터 슬라이스의 크기와 데이터가 저장될 수 있는 메모리 셀의 개수를 나타내는 비트 수(8비트, 16비트, 32비트 등)로 나누어진다. 마이크로컴퓨터 구조는 정의된 비트 수가 많을수록 전체 명령을 수행하는 속도가 빠르다. 일반적으로 마이크로컴퓨터 구조에는 사용 가능한 레지스터의 개수, 사용방법, 하드웨어 인터럽트 구조, 기억 장치로의 자료 통로, 중앙 처리 장치로의 자료 통로 등이 포함되어 있다. 대부분의 구조는 중앙 처리 장치 위주, 기억 장치 위주, 비트 슬라이스 등으로 구분된다. 마이크로프로세서는 외부와 어드레스, 데이터, 컨트롤 버스와 의사소통을 한다. 또한 마이크로프로세서 내부와 마이크로컴퓨터의 전체 동작을 동기화 시키기 위해 시간 기준이 필요한데 수정 발진자 등으로 기준 클록을 넣어준다. 마이크로프로세서 내부에는 명령을 해독하는 부분, 수치 연산을 행하는 부분, 버스를 제어하는 부분 등이 있다.

발전

메모리 내장 마이크로컴퓨터

반도체 기업 르네사스 일렉트로닉스는 최첨단 마이크로컴퓨터에 내장하는 플래시메모리의 셀 구조의 동작 확인을 완료하였다. 메모리의 리라이팅이 25만 번 가능하며, 160도의 고온에서도 10년 이상 데이터를 보관할 수 있는 안정 성능을 실현하였다. 고속 연산처리가 필요한 자율주행 차량용으로 2023년에 샘플 출하를 목표로 한다. 고성능 연산처리용 반도체에 반드시 필요한 플래시메모리의 최소 단위인 셀 부분으로, '스플릿게이트 모노(Split-Gate Monos)'라고 부르는 독자적인 구조를 채용하였다. 모노는 실리콘 기판 위에 산화막과 질화막, 산화막이 중첩된 3층 구조가 있고, 질화막에 전자를 모아 데이터를 기억하는 구조다. 자율주행 기술의 진전으로 대용량 데이터를 고속으로 연산 처리하는 반도체에 대한 요구가 증가하고 있다. 르네사스는 운전자가 필요 없는 레벨 5의 완전 자율주행 차량용으로, 최첨단 대규모 집적회로나 마이크로컴퓨터를 연구 개발하고 있다. 플래시메모리가 내장된 마이크로컴퓨터는 메모리에 소프트를 탑재하였다. 소프트를 업데이트함으로써 자동차의 제어기능을 기술혁신에 맞춰서 경신할 수 있다는 이점이 있다. 회로를 미세화하여 칩에 탑재하는 플래시메모리나 주변기기의 집적도를 높인다. 자동차는 스마트폰 등 휴대전화나 가전제품과 달리 이용 기간이 길고 사이버 공격 대책 등 시큐리티 기능을 경신하거나 고기능화를 해야 할 필요가 있다. 따라서 메모리가 내장된 마이크로컴퓨터의 수요는 앞으로 증가할 전망이다.

참고자료

• 〈마이크로컴퓨터〉, 《위키백과》
• 〈마이크로컴퓨터〉, 《사이언스올》
• 〈마이크로컴퓨터에대하여〉, 《교보문고》
• 안그래여, 〈마이크로컴퓨터란?〉, 《네이버 블로그》, 2004-04-03
• 현경, 〈마이크로컴퓨터 종류 정의 응용제어〉, 《티스토리》, 2019-04-24
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• 〈팜톱 컴퓨터〉, 《위키백과》
• CUE, 〈마이크로 컴퓨터의 구조 & 8051〉, 《이글루》, 2011-10-23
• 〈슈퍼컴퓨터〉, 《나무위키》
• hjtic, 〈르네사스, 메모리 내장 마이크로컴퓨터〉, 《서울대학교 공과대학》, 2017-12-06

같이 보기

• PC
• 데스크톱
• 마이크로프로세서
• 슈퍼컴퓨터
• 미니컴퓨터

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