2. 메인보드의 구조

◆ CPU 소켓
인텔 계열
- 소켓 4, 5, 7, 8
초기에 출시된 펜티엄 시리즈는 소켓 4, 5, 7의 형태로 발매되었다. 사실상 CPU마다 다른 소켓을 갖고 있는 셈이라 업그레이드가 매우 까다로웠다. 이후 출시된 펜티엄 프로에는 소켓 8이 쓰였는데, 서버용 프로세서의 성격이 강했던 데다 정수연산 오류의 문제로 잘 쓰이지 않았다.

- 슬롯 1

펜티엄 2부터 인텔은 소켓에 꽂는 칩이 아닌 슬롯에 꽂는 카드 형태로 CPU를 내놓기 시작했다. CPU 다이 안에 L2 캐시를 넣을 공간이 없었기 때문이다. L2 캐시를 아예 삭제한 셀러론 CPU의 경우에는 라이저 카드에 CPU를 꽂아 쓰기도 했다.

- 소켓 370
펜티엄 2 시리즈와 펜티엄 3(코드명 카트마이)는 슬롯 1 형식으로 출시되었지만, 이후에 발매된 펜티엄 3(코드명 코퍼마인)부터 인텔은 다시 CPU 안에 L2 캐시를 포함시키기 시작했다. 이후 소켓 370 방식은 셀러론 시리즈와 펜티엄 3(코드명 투알라틴)까지 쓰이게 된다.

- 소켓 423
최초로 발매된 펜티엄 4 CPU인 코드명 윌라메트 제품은 소켓 423 방식으로 출시되었다. 그러나 곧바로 소켓 478과 소켓 478용 윌라메트 프로세서가 출시되면서, 소켓 423용 펜티엄 4는 제대로 빛도 못 보고 사라져가는 운명이 되었다.

- 소켓 478
펜티엄 4 윌라메트 이후 인텔이 CPU 제조 공정을 180나노에서 130나노로 낮추면서, CPU의 크기가 전반적으로 줄어들게 되었다. 따라서 소켓 423은 크기를 줄이고 핀 수를 늘린 소켓 478로 빠르게 대체되었고, 이 방식으로 출시된 펜티엄 4 노스우드 시리즈가 상당한 인기를 끈 덕에 지금까지도 많은 PC에서 쓰이고 있다.

- LGA 775
펜티엄 4 프레스캇 시리즈부터 쓰이기 시작한 LGA 775 방식에서는 CPU의 핀이 없어졌다. CPU 자체의 안정성을 높이기 위해서라고 발표했지만, 딱히 성능을 높이지도 않았으면서 소켓 형태만 바꾸어 업그레이드 비용을 증가시켰다는 핀잔을 듣기도 했다. 프레스캇 이후로 지금까지 쓰이고 있는 방식이다.

AMD 계열

- 소켓 462
인텔에서 소켓 370용 CPU를 출시하자, 인텔은 이에 대응해 소켓 A라고 알려진 소켓 462 형태의 CPU를 출시하기 시작했다. 이 소켓은 애슬론 XP와 듀론 시리즈에 쓰였다.

- 소켓 754
애슬론64와 셈프론 시리즈에는 소켓 754 방식이 쓰였다. 소켓 462보다 핀 수가 크게 늘어난 것은, AMD의 하이퍼트랜스포트 기술을 쓰기 위해서였다.

- 소켓 939
애슬론64와 애슬론64 X2, 애슬론64 FX 시리즈에는 소켓 939 방식이 쓰였다. 소켓 754에서 메모리에 직접 연결하기 위한 핀 수가 늘어난 이 방식의 소켓에는, AMD 최초의 듀얼코어 프로세서인 애슬론64 X2를 쓸 수 있었다. 그러나 이후에 등장한 소켓 AM2에 자리를 내어주게 된다.

- 소켓 AM2
AMD의 CPU가 메모리 컨트롤러를 내장하고 있어 메모리의 데이터 입출력 속도가 빠르기는 했지만, DDR 메모리만을 쓰던 것은 고질적인 문제로 지적되고 있었다. 따라서 DDR2 메모리를 위해 메모리 컨트롤러의 형태를 바꾸어 발표된 것이 AM2 소켓이었다. 이 소켓은 애슬론64, 애슬론64 X2, 애슬론64 FX, 셈프론 등 AMD에서 출시된 데스크탑용 프로세서의 대부분을 지원하고, 앞으로 출시될 쿼드코어 프로세서도 이 소켓에 맞추어질 예정이다.

◆ 칩셋

노스브릿지
노스브리지는 시스템 도식에서 상대적으로 위쪽에 놓인 칩셋이라는 의미에서 붙여진 이름으로, CPU, 메모리, 그래픽 카드를 제어하는 칩셋이다. 메인보드의 성능과 종류를 결정하는 가장 중요한 칩셋이 바로 이 노스브리지로, 이 칩셋의 종류에 따라 지원되는 CPU의 종류, 메모리의 종류와 속도, 그래픽 카드 지원여부가 달라진다. 최근의 노스브리지 칩셋은 매우 빠른 속도로 데이터를 입출력해 열을 많이 받기 때문에, 고급 메인보드에는 노스브리지 전용 팬이나 히트싱크가 달려 있기도 하다.

사우스브릿지
사우스브리지는 메인보드 가운데를 기준으로 PCI(peripheral component interconnect)슬롯 쪽에 있는 칩셋이다. PCI나 ISA와 같은 버스 입출력과, IDE와 시리얼 ATA 등 저장장치의 데이터 입출력을 담당한다. USB, IEEE1394 등 외부 입출력이나 전원 관리, 키보드나 마우스 등의 입력장치도 여기서 관리한다.
요즘에는 인텔이나 AMD, 비아 등의 업체들이 서로 제각각의 메인보드 아키텍처를 개발해 쓰고 있기 때문에, 노스브리지와 사우스브리지를 부르는 이름은 조금씩 달라졌다. 그러나 여전히 많은 유저들이 전통에 따라 메인 칩셋과 보조 칩셋을 노스브리지와 사우스브리지라 부르고 있다. 인텔의 경우에는 사우스브리지에 해당하는 칩셋을 ICH라 부르고 있다.

바이오스
메인보드의 기본적인 성능을 관장하는 것이 노스브리지와 사우스브리지 칩셋이라면, 바이오스(Basic Input Output System)는 하드웨어와 소프트웨어를 연결하고, 운영체제에 관리 권한을 넘겨줄 때까지 컴퓨터 전체의 상태를 관리한다. 말하자면 컴퓨터 전체의 관리인인 셈이다. 노스브리지와 사우스브리지를 포함한 모든 시스템을 관리하는 기본적인 칩셋이기 때문에, 바이오스의 설정을 바꾸면 원래의 성능보다 더 빠르게 오버클럭을 할 수도 있다.


◆ 메모리
- FPM 램
램 중에서 가장 오래된 형태인 FPM(Fast Page-Mode RAM)은 120ns의 느린 속도로 동작했으나, 후에 60ns 수준으로 개선되었다. 최대 버스 주파수가 30MHz밖에 안 되기 때문에 펜티엄 이후로는 쓰이지 않는다.

- EDO 램
FPM의 메모리 호출 방식을 개선해 40%정도 속도를 빠르게 하고, 66MHz의 버스 스피드에서 쓸 수 있게 한 것이 EDO(Extended Data Output)램이다. 초기에 70ns, 나중에 50ns 속도의 메모리가 출시되었으며 전송률은 80MB/s 정도이다. 이후 데이터 전송방식이 개선된 BEDO(Burst EDO)램이 잠깐 출시되었다 사장되기도 했다.

- SD 램
SD 램은 펜티엄 4 이전까지 가장 널리 쓰인 메모리로, 최초로 CPU의 입출력 속도와 램 입출력 속도를 맞추어 병목 현상을 없애는 버스 동기화가 이루어진 최초의 램이었다. 액세스 타임이 6~12ns, 전송률은 133MB/s 정도로 빠른 속도를 제공했기 때문에 그래픽 카드에도 쓰였다.

- RD 램
133MHz 이상의 높은 FSB의 CPU에서는 SD 램을 쓸 수 없었기 때문에, 그 대안으로 제시된 것이 바로 RD램(Rambus DRAM)이었다. 500~700MB/s의 빠른 전송 속도를 자랑하지만, 평행 구조상 데이터 검색의 대기시간이 길다는 문제로 큰 인기를 끌지 못하고 DDR 램에 자리를 내어주었다.

- DDR 램
DDR(Double Data Rate)램은 SD 램의 일종으로, 한 번의 클럭 안에서 데이터를 두 번 전송하는 방식으로 전송률을 높인 메모리다. AM2 이전까지의 AMD CPU와 펜티엄 4에서 주로 쓰인다.

- DDR2 램
DDR2 램은 DDR 램에서 클럭 수를 높여 더 많은 데이터를 전송할 수 있게 개선한 것이 DDR2 램이다. 전송 속도에 따라 PC4200(DDR2-533), 5300(DDR2-667), 6400(DDR2-800)으로 구분한다. 최근 출시된 대부분의 CPU에는 DDR2 램이 쓰인다.

◆ 내부 입출력 포트
- ISA 슬롯

486 시절까지만 해도 그래픽 카드나 사운드카드와 같은 대부분의 확장 카드들은 16비트 입출력 포트인 ISA(Industry Standard Architecture) 포트를 썼다. 이후 몇 번의 성능 개선을 통해 32비트의 VESA(Video Electronics Standards Association) 방식까지 발전했으나, PCI 포트에 밀려 지금은 자취를 감추었다.

- PCI 슬롯
32비트 또는 64비트로 동작하는 PCI(Peripheral Component Interconnect) 슬롯은 지금도 그래픽 카드를 제외한 대부분의 확장 카드에 쓰이고 있다. 서버 쪽을 중심으로 PCI-X 슬롯으로 조금씩 대체되어가는 추세이다.

- AGP 슬롯
3D 그래픽이 발달하면서 PCI 슬롯만으로는 대용량의 그래픽 데이터를 전송할 수 없게 되자, 33MHz의 PCI 슬롯의 속도를 60~133MHz로 끌어올린 그래픽 카드 전용 슬롯인 AGP(Accelerated Graphics Port)가 발표되었다. 이후 8배속까지 속도를 올리면서 그래픽 카드의 표준으로 자리 잡았으나, 최근 PCI 익스프레스 ×16에 자리를 내어주었다.

- PCI 익스프레스 ×1
33MHz 클럭으로 초당 133MB의 데이터를 전송하던 PCI 슬롯은 대역폭이 좁아 데이터 병목현상이 생기는 문제가 있었다. 이를 개선하기 위한 것이 PCI 익스프레스 ×1 슬롯으로, 2.5GHz의 광대역으로 250MB의 데이터를 전송할 수 있다. 아직은 이 슬롯을 지원하는 제품이 많이 출시되지 않았지만, 앞으로 PCI를 대체할 슬롯으로 주목받고 있다.

- PCI 익스프레스 ×16
PCI 익스프레스 ×1 슬롯이 주변장치를 연결해 빠른 속도로 데이터를 전송하기 위한 슬롯이라면, PCI 익스프레스 ×16 슬롯은 동일한 방식에 데이터 전송 통로를 늘려 대용량의 그래픽 데이터를 전송할 수 있도록 개발된 그래픽 카드 전용 슬롯이다. 최근 출시되는 그래픽 카드의 대부분이 이 슬롯을 쓰고 있다.

- 플로피 디스크 커넥터
아직까지 플로피 디스크나 ZIP 드라이브를 쓰는 사람들이 종종 있는 탓에, 플로피 디스크 슬롯은 IDE 슬롯과 함께 가장 장수하는 슬롯으로 남아 있다. 데이터 전송 속도는 매우 느리다.

- E- IDE 커넥터
하드디스크와 ODD를 연결하는데 주로 쓰이는 E-IDE 커넥터는 최대 133MB/s의 데이터를 전송할 수 있다. 최근 출시되는 하드디스크는 데이터 입출력 속도가 빠르기 때문에 시리얼 ATA 방식을 주로 쓴다.

아직 DVD-RW 정도의 데이터를 전송하는 데는 큰 무리가 없지만 블루레이나 HD-DVD 등의 대용량 광학매체의 데이터를 원활히 전송하기는 어려우므로, E-IDE 커넥터는 앞으로 조금씩 사라져갈 전망이다. 인텔의 새로운 사우스브릿지 칩셋인 ICH8 시리즈에는 IDE 컨트롤러가 빠져 있다.

- 시리얼 ATA
최근 출시되는 대부분의 하드디스크는 시리얼 ATA 방식을 따르고 있다. 시리얼 ATA는 최대 150MB/s의 데이터를 전송할 수 있고, 시리얼 ATA 2는 300MB/s의 데이터를 전송할 수 있다.

◆ 입출력 포트

- 시리얼 포트
PC 초기부터 쓰여 왔던 가장 기본적인 데이터 입출력 포트가 바로 시리얼 포트다. 요즘도 리모컨 등의 특수 인터페이스에 종종 쓰이지만, IRQ의 충돌이 빈번한 데다 시리얼 포트 대신 패러랠 포트를 대신 쓸 수 있는 방법들이 개발되면서 점점 사라져가고 있다.

- PS/2 포트
키보드와 마우스와 같은 간단한 입출력 장치를 위해 개발된 전용 포트로, 아직도 많은 유저들이 PS/2용 키보드를 쓰고 있다. 그러나 범용 인터페이스인 USB에 밀려 점점 자취를 감추고 있다.

- 패러랠 포트
주로 프린터에 연결하는 바람에 프린터 포트라는 이름으로도 알려진 패러랠 포트는, 여러 개의 입출력 장치를 병렬로 연결할 수 있는 인터페이스다. 프린터나 스캐너, ZIP 드라이브 등 대용량의 데이터를 전송하는 장치들에 주로 쓰였으나, 포트 자체의 크기가 너무 큰 데다 속도도 매우 느려서 대부분 USB 포트로 대체되었다.

- USB 포트
USB(Universal Serial Bus)는 병렬 방식의 데이터 입출력 포트로, 대부분의 외장장치를 연결하기 위한 수단으로 각광받고 있다. 5V의 전원을 메인보드에서 입력받으므로 외장장치에 따로 전원을 연결할 필요가 없고, 병렬식 포트이므로 최대 256개의 외장장치를 연결할 수 있다. USB 1.1은 최대 1.2MB/s, USB 2.0은 최대 48MB/s의 데이터를 전송할 수 있다.

- IEEE1394 포트
파이어와이어(Firewire)라고도 불리는 IEEE1394 포트는 애플에서 처음 쓰였던 입출력장치로, 최대 40MB/s의 데이터를 전송할 수 있다. 디지털 캠코더 등에서 주로 쓰이는 이 방식은 USB보다 쌍방향 통신 기능이 뛰어나 호스트 없이 디지털 캠코더에서 PC로 영상을 전송할 수 있고, 그 반대로 PC의 영상을 디지털 캠코더로 바로 전송할 수도 있다. IEEE1394B는 최대 320MB/s의 데이터를 전송할 수 있다.

- e-SATA
시리얼 ATA(SATA) 방식의 하드디스크가 널리 퍼지면서 시리얼 ATA의 특징인 핫스왑 기능을 활용하기 위해 개발된 외장형 포트가 바로 e-SATA 포트이다. 시리얼 ATA 하드디스크의 속도를 그대로 쓸 수 있지만, 전원 공급이 되지 않아 USB나 외부 어댑터로 전원을 공급받아야 한다.


◆ 전원부

- 20핀 ATX 파워 커넥터
메인보드 형태가 AT에서 XT로 바뀌면서, AT 방식의 전원 연결 커넥터가 12핀에서 20핀으로 바뀌었다. 20핀 ATX 파워에는 AT에서 제공되던 5V와 12V 외에도 3.3V 출력이 지원되고, 파워 서플라이의 출력을 관리하는 기능이 추가되었다.

- 24핀 ATX 파워 커넥터
20핀 ATX 파워의 전압 안정성을 높이기 위해 4핀의 커넥터를 추가한 것이 24핀 ATX 파워 커넥터다. 20핀과 24핀은 기본적으로 호환이 되기 때문에, 몇몇 메인보드는 24핀용 메인보드에 20핀용 커넥터를 연결해도 구동할 수 있다.

- 4핀 ATX 보조 커넥터
펜티엄 4부터 메인보드에 포함되기 시작한 4핀 보조 커넥터는 CPU에 전원을 공급하는 역할을 한다. 펜티엄 4부터 CPU의 전력 소모량이 두 배가 넘게 올라갔기 때문에, 모자라는 전원을 공급하기 위한 설계였다.

- 8핀 ATX 보조 커넥터
최근 출시되는 CPU에는 4핀 대신 8핀 짜리 커넥터가 달려있는 경우가 많다. 듀얼코어 이상의 CPU에 안정적으로 전원을 공급하기 위해 핀 수가 늘어났기 때문이다. 구형 파워 서플라이에는 8핀 커넥터가 없는 경우가 많으므로, 안정적인 구동을 위해 파워서플라이를 교체할 필요가 있다.

- 그래픽 보조 파워
얼마 전까지만 해도 그래픽 카드의 전력 소모량은 CPU보다 낮은 수준이었지만, 요즘 출시되는 그래픽 카드는 전력 소모량이 140W 수준에 이를 정도로 엄청난 전기를 잡아먹는다. 따라서 메인보드에 그래픽 카드에 보조 전원을 공급해주기 위한 커넥터가 달려 출시되는 경우가 많다. 고급 그래픽 카드는 그래픽 카드 자체에도 따로 전원 케이블을 연결해 주어야 한다.