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지금까지 간단하게 신호, 클럭이 뭔지 대해 알아보았다. 이제 우리가 알고 싶어 하는
클럭제너레이터에 대해 알아보자.
그냥 Clock Generator라는 단어를 뜯어 해석해보면, 주파수를 발생시켜주는 장치
라는 뜻으로 해석된다. 실제로, 국내에서 번역해 부르기는 "주파수 발진기," "클럭 발생기" 등등으로 부르기도 하는데, 우리는 클럭
제너레이터라는 말이 더 익숙하므로 그냥 클럭제너레이터라고 부르기로 하겠다.
클럭 제너레이터가 왜 필요한가? 간단하게 로보트를 예로 들어보겠다. 어떤 로보트가 일을
할때, 이 로보트의 주인은 "너는 일단 이거 한 다음에 이거하고, 그 다음에 이거하고..."같은 순서의 명령을 내린다. 이 명령들은 그냥
메모리칩에 저장하면 그만이지만 어떤 속도로 이 일들을 처리할 지는 어떻게 명령을 하는가? 제일 간단한 방법으로 "내가 종을 들고 있을테니 한번
칠 때마다 한번씩 일해!"라고 명령할 수 있을 것이다. 또 다른 예로 음악을 들어보자. 피아니스트가 연습하는 장면을 본 적이 있는가?
피아니스트들은 연습할 때 메트로놈 이라는, 일명 똑딱이를 놓고 박자를 맞추며 연습을 한다. 또한, 어떤 밴드가 연습을 할 때에 음악의 속도와
박자를 결정하는 것은 드러머이다. 이런 식으로, 언제 어떤 건반을 누르며, 언제 기타의 한 코드를 연주할 지를 결정하기 위해서는, 어떤 박자가
있어야 한다. 그것이 머릿속에서 머무는 것이든 메트로놈처럼 소리가 나는 것이던 간에 상관없이 말이다.
컴퓨터 내부에서도 마찬가지 원리가 적용된다. 클럭제너레이터라는 어떤 "메트로놈"은 CPU,
메모리 등의 장치들이 동작하는 타이밍을 맞춰주는 장치라고 할 수 있다. 당연하게도, 몇몇 클럭 제너레이터를 만드는 회사들은 이 장치에
"Timing Control Hub"라는 이름을 붙이고 있다. "타이밍을 맞춰주는 놈..." 너무나 명확하지 않은가?
클럭 제너레이터의 동작 원리
이 부분은 필자도 상당히 이해하는 데에 고생했다. 아직도 독자 여러분들께 수식을 써가며
자신있게 말씀드릴만한 수준은 안 된다. 어쩔 수 없이, 여러 곳에서 다운로드받은 자료들과 갖고있는 약간의 상식을 더하여 말씀드리고자
한다.
일단 클럭은 어떻게 발생하는가? 이거는 물론 여러분들께서 파워 서플라이에 꽂으시는 전기
코드에서 전달되는 전기로 발생시킨다. 구체적으로는, 일반적인 ATX 규격의 파워선에서 공급되는 전기에서 온다. 흔히 12V 코드라고 부르는
이것은, 사실 12V짜리 한 종류의 전기만 공급해주는것은 아니다. 파워 서플라이 내부에서 110V / 220V 50/60Hz 짜리 전기를 여러
형태로 변환시켜서 공급해주는데, 이중 하나일 뿐이다.
혹시 크리스탈 이라고 들어보셨는가? 자택에 크리스탈로 만든 꽃병을 가지고 계시는 분들도
계시리라 믿는다. 그런데, 이 크리스탈이 클럭 제너레이터의 핵심이라는 사실을 알고 계시는 분들이 많으실 지는 모르겠다. 화학적으로는
실리콘(규소) 분자 1개와 산소 분자 2개가 붙어있는 형태이다. (전자공학에선 SiO2 혹은 산화규소라고 부른다.) 흔히 산화 규소라고 많이
알려져 있고 '수정' 이라고 부르기도 한다.
이 결정체의 특징은, 이거를 적당한 크기와 방향을 잘라내어 극성(+/-)이 변하는 전기를
가하면 진동이 강하게 발생한다는 것이다. 이러한 수정편은 각 모양과 크기에 따라 고유의 주파수를 갖게 되는 특징이 있다. 그래서 이거를 회로와
같이 삽입해서 클럭을 발생시킬 수 있는 장치를 만든다. 이런거를 오실레이터 (Oscillator) 라고 한다.
그럼 이걸 가지고 어떻게 하는가? 상식적으로 생각해도 여기다가 외부 전원을 꽂을 수 있게
만들고 주파수 출력단을 같이 만들면 메인보드위에 장착할 수 있게 될것이라는걸 알 수 있다. 한편, 대다수의 클럭 제너레이터는 이러한 크리스탈을
내장하고 있기 보다는 외부의 크리스탈에서 특정 주파수를 받아 (보통 14.318MHz @ 3.3V 짜리를 쓴다) 작동하도록 설계되어 있다.
그러면 클럭 제너레이터는 이 하나의 주파수를 입력받아 목적에 맞는 여러가지 주파수를 생성한다.
위의 그림을 보면 더욱 자세하게 이해할 수 있다. 위 그림은 클럭제너레이터의 간단한
구성도이다. 왼쪽에 있는 선이 입력단자이고 오른쪽 선들이 출력단자이다. 전자공학을 전공하신분들은 잘 아시겠지만, Oscillator에서 발진하는
일정 클럭이 Control Logic과 PLL2, PLL1등에 전부 기본 입력되는것을 아실 수 있다. 그것이 각 출력단에 맞는 회로도를 거쳐
정격 클럭으로 재구성되는 것이다.
그러니까, 순서대로 정리를 해보자면 파워서플라이는 이 오실레이터가 규정한 클럭을 만들어낼
수 있는 전기를 공급하고 여기서 발생한 주파수가 클럭제너레이터로 공급되어 작동하는 형태라는 것이다. 물론, 이 오실레이터는 클럭제너레이터안에
내장하는 경우가 대다수이다.
파워서플라이에서 메인보드에 알맞는 전원을 공급하면...
메인보드 파워서플라이부에서 클럭 제너레이터로 일정 전압을
공급해준다.
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