메인보드의 이해 #1

메인 보드는 컴퓨터의 호환성, 확장성, 안정성 그리고 성능에 크게 영향을 주는 중요한 부품이다. 따라서 메인 보드를 이해하는 것은 무척 중요하다. 하지만, 컴퓨터의 메인 보드를 보면 각종 부품들이 붙어 있는 복잡하게 보여진다. 실제로 메인 보드의 기능을 이해하고 나면 그리 복잡하지 않고 간단하게 정의가 된다.
메인 보드에 붙어 있는 부품들은 일정한 기능을 갖는 계열의 부품이 옹기종기 모여 있고 설사 부품의 모양이나 번호가 다르더라도 그 쓰임은 비슷한 경우가 많이 있다.
본 사이트에서 소개되고 있는 메인 보드의 리뷰나 기타의 글들을 읽기에 앞서 다음의 글을 먼저 숙지하면 메인 보드를 이해하는데 도움이 되리라 생각한다. 또한, 각종 어려운 용어들이 어떤 의미에서 어떻게 사용되는지를 이해해 보도록 하자.

메인보드의 개략적인 구성도

위에서 보여지는 메인 보드의 구성도를 보면 조금은 복잡하게 연결되어 있지만, 위의 것을 요약하면 CPU/AGP/MEMORY를 종합적으로 관리하는 North Bridge 칩세트와 IDE/USB 포트를 관할 하는 South Bridge 그리고 이 두 칩간에 데이터의 전송 수단인 PCI 버스로 구성되어 있다. PCI 버스에는 확장 슬롯과 메인 보드 내장형의 사운드, 그래픽, 스카시 카드와 같은 PCI 장비들이 물리적으로 연결되어 있으며, 이것은 PCI 확장 카드에 꼽은 것과 동일하다.
South Bridge에서는 PCI to ISA Bridge 기능을 가지고 있다. 쉽게 말하면 PCI 버스를 ISA 버스와 연결시켜주는 기능으로 메인 보드의 ISA 버스를 지원하게 된다. 이 경우에 ISA 확장 슬롯을 추가로 장착하거나 또는 Super I/O 칩세트와 같은 ISA 장치가 연결된다.

부품설명

메인 보드에 설치하는 장치들은 프로세서, 메모리, 각종 확장 카드, 하드 드라이브와 직렬/병렬 포트 등이 대표적인 기능들이다. 이들 장치를 지원하기 위해서 메인 보드에서는 2가지의 핵심 부품으로 구성되게 된다.

North Bridge

흔히 인텔 440BX 메인보드라 하면 이 보드에는 Intel 82443BX 라고 찍혀 있는 칩을 발견할 수 있다. 물론, 대부분의 메인보드에서는 이 칩에서 발생하는 열에 의해서 칩 자체가 손상되는 것을 방지하기 위해서 방열판을 부착해 놓은 경우도 있다. 하지만, 이 칩의 위치는 아래의 것과 동일하다. 이 칩은 CPU와 메모리 사이에 위치하고 있으며 AGP(Advanced Graphic Port), CPU(Central Processing Unit), RAM(Random Access Memory)를 제어하는 역할을 담당한다.
실제의 기능은 메모리 억세스가 주된 기능이며 CPU와 AGP에 시스템 메모리를 억세스할 수 있도록 돕는 기능을 하게 된다. 이 칩세트를 AGP Set 으로 부르기도 한다. 최근에 출시된 인텔 820 칩세트에서는  MCH(Memory Control Hub)로 부르기도 한다.

FSB(Front Side Bus) 클럭은 엄격히 North Bridge 칩의 동작 속도를 의미한다. 이때, CPU와 메모리간의 데이터 전송은 1:1의 속도로 이루어지며 데이터 버스는 64비트로 구성되어 있다. 따라서 FSB가 100MHz라면 초당 800MBytes의 데이터 전송이 가능하다. 하지만 AGP 버스는 66MHz가 표준 규격이 기 때문에 100MHz를 직접 적용할 수 없다. 이 경우에는 2/3으로 나눠서 버스 클럭을 제공하며 이 경우에 66MHz가 된다. 만약, 셀러론과 같이 66MHz로 동작하는 칩의 경우에는 AGP, CPU, Memory가 모두 1:1로 동작하며 66MHz가 된다.

이전에는 CPU/MEMORY/NORTH BRIDGE가 동일한 속도로 동작해야만 했다. 하지만, 최근에는 MEMORY 클럭도 별도로 조절이 가능하게 되었으며, 이러한 데이터 전송을 비동기식 전송이라 한다. 즉, NORTH BRIDGE와 CPU는 133MHz로 동작하면서 메모리는 100MHz로 동작하거나 또는 CPU는 66 또는 100MHz로 동작하면서 NORTH BRIDGE와 메모리는 133MHz로 동작하는 경우를 의미한다.

이처럼 클럭의 구분이 발생하면서 최근에는 North Bridge와 CPU 간의 데이터 전송을 FSB로 보거나 CPU 버스 클럭으로 구분하게 된다. 같은 경우로 메모리는 메모리버스 클럭이 된다.
PCI 버스 규격은 33MHz 또는 66MHz로 동작이 가능하며 현재 개인용 컴퓨터에서는 PCI 33MHz 만을 사용한다. 따라서 North Bridge의 동작 속도를 일정 분율로 나눠주는 과정이 필요하며 AGP의 경우와 비슷하다. 즉, 66MHz 시스템에서는 1/2 그리고 100MHz에서는 1/3 그리고 133MHz에서는 1/4 클럭으로 나눠주게 된다. 자세한 내용는 다음 연재를 참고 하도록 하자.

South Bridge

이 칩세트는 North Bridge 칩세트와는 독자적으로 구성되며 일반적으로 확장 슬롯의 아랫 부분에 위치하고 있으며, 메인보드의 각종 입출력을 담당하게 된다. 사실 입출력 제어 기능을 직접 수행하기 보다는 입출력을 위한 교량 역할을 담당하고 있다.
South Bridge와 North Bridge는 PCI 버스로 연결되게 된다. PCI 버스는 메인 보드의 시스템 버스로 모든 장치들은 PCI 버스에 병렬로 연결되게 된다. 대표적으로 메인 보드에 내장된 사운드 카드, 그래픽 카드, 모뎀, 랜카드 그리고 스카시 카드들은 대부분이 PCI 버스에 병렬로 연결되게 된다. 따라서 별도로 확장 카드에 해당 장치를 연결하는 경우와 동일한 조건이다. 단지, 내부적으로 직접 연결되어 있을 뿐이다.

IDE 하드 드라이브는 PCI 확장 장치에 해당하며, 별도의 제어칩세트가 필요없다. 그것은 인텔의 PCI 칩세트에 기본적으로 제어 기능이 내장되어 있기 때문이다. 따라서 이 칩의 규격에 따라서 지원이 가능한 하드 드라이브의 규격도 달라지게 된다.
와 메인 보드의 버스 제어 등 각종 입출력을 담당하는 칩으로 이 장치에 의해서 하드 드라이브의 지원 규격이 달라지게 된다. 예를 들어 ATA/66 규격은 인텔 820/815/810 칩세트의 ICH(I/O Control Hub)에서 지원이 가능하다.

PCI to ISA Bridge Chipset

South Bridge 칩세트는 일종의 PCI 장치이며, 인텔440LX/EX/BX/ZX 칩세트까지는 ISA 버스 규격을 지원하고 있었지만 인텔 820 칩세트에서는 내부 ISA 버스만 지원이 가능하다. 따라서 Super I/O 칩세트를 통한 각종 ISA 확장 포트는 지원이 가능하지만 확장 슬롯은 지원하지 않고 있다. 따라서 인텔 8xx 시리즈의 칩세트를 사용하는 경우에 ISA 확장 슬롯을 지원하기 위해서는 PCI 버스를 ISA 버스와 연결시켜 ISA 버스를 지원할 수 있는 PCI to ISA Bridge Chipset을 내장해야만 한다.

비록 ISA 버스가 PCI에 비하여 느린 속도로 천대를 받고 있지만 ISA는 이미 오래된 표준이고 아직 컴퓨터에서 기본으로 지원되는  직렬/병렬 통신 포트는 ISA 장비로 ISA 확장 카드는 물리적으로 이들 장치에 대응하여 사용이 가능하기 때문에 오히려 안정적인 지원이 가능하다는 장점을 갖는다.
예를 들어 PCI 모뎀 보다는 ISA 모뎀이 물리적으로 독립적인 통신 포트 규격으로 동작하기 때문에 CPU 리소스를 사용하지 않고 다른 소프트웨어나 하드웨어와 충돌도 손쉽게 피할 수 있으며, 통신도 안정적이다. 이처럼 저속의 입출력 장치는 아직도 ISA 유리한 경우가 많다.
또한, 장치 개발의 편리성으로 인하여 아직까지는 많은 ISA 카드들이 출시되고 있고 이들 장치를 폭넓게 지원하기 위해서는 반드시 ISA 확장 슬롯을 지원해야 한다.

Super I/O 칩세트

ISA 버스를 기반으로 하여 각종 입출력 규격을 지원하는 칩으로 직렬/병렬 통신 포트, PS/2 마우스/키보드를 지원하게 된다. 물론, 플로피 드라이브 제어기능을 함께 갖추게 된다. ISA 확장 슬롯은 South Bridge 에서 제공되고 Super I/O 칩세트는 하나의 ISA 장치로 구분되어 ISA 버스에 연결되어 있지만, South Bridge에서 ISA 버스를 제공하지 않고 단순 내부 ISA 장치 포트만 제공하는 경우에 전용 ISA 장비로 연결된다. 이때, ISA 확장 슬롯을 제공하기 위해서는 Super I/O 칩세트에서 별도의 로직을 이용하고 PCI 슬롯과 연계하여 ISA 확장 슬롯을 제공할 수도 있다. 하지만, 2개 정도가 최대이고 대부분이 1개의 ISA 슬롯만을 제공하게 된다.

Super I/O 칩세트와 PCI to ISA Bridge 기능을 겸하고 있는 경우와 이것이 독립적으로 구성되어 있는 경우가 있다. 위의 메인 보드는 별도로 구성되어 있는 경우이다. 또한, Super I/O 칩세트는 메인 보드의 윗쪽에 있는 경우아 아랫부분에 부착한 타입으로 구분하게 된다.

각종 입출력 포트가 메인 보드의 윗쪽에 있기 때문에 윗 부분에 칩세트가 위치하는 편이 유리하다. 따라서 대부분의 메인 보드는 Type A에 해당한다. 하지만, 간혹 Type B와 같이 아랫 부분에 위치한 경우가 있으며 이때는 플로피 드라이브의 커넥터의 직접 연결은 쉬워지지만 역시 I/O Port 블럭으로의 와이어링이 조금 복잡해지는 문제점을 갖게 된다. 이들 장치들은 저속 입출력 장치이기 때문에 위쪽이든 아랫쪽이든 큰 문제가 되지는 않는다.

다음 회 예고

- 각종 시스템 버스 - CPU/MEMORY, AGP, PCI 33/66/X, ISA/EISA/VL-bus/MCA, NGIO

김민수 / forby@technoa.co.kr