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컴퓨터의 역사
17세기 초기에 개발된 기계식 계산기부터 현재에 이르기까지의 역사이다
컴퓨터의 반도체의 세대는 1세대(진공관)~5세대(초고밀도 집적회로) 까지 나눠져있으며 산업용과 개인용으로 나눠 구분짓기도 하다
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| 최초의 컴퓨터 | 현재의 컴퓨터 |
초기의 계산 장치
계산을 하는 도구로서 가장 처음 발견된 것은 주판이며, 기원전 약 3000년전 고대 메소포타미아 인들이 가장 먼저 사용했다고 추정된다.
주판을 제외하면 17세기에 이르도록 계산을 위한 특별한 도구가 없었으나 1642년 프랑스 수학자·철학자인 B. 파스칼이 톱니바퀴를 이용한 수동계산기를 고안하였다.
이 최초의 기계식 수동계산기는 덧셈과 뺄셈만이 가능했던 것으로 이 장치는 기어로 연결된 바퀴판들로 덧셈과 뺄셈을 했다. 파스칼의 계산기는 최초의 디지털 계산기였다.
1671년 무렵 독일의 G. W. 라이프니츠가 이를 개량하여 곱셈과 나눗셈도 가능한 계산기를 발명하였다.
또 라이프니츠는 십진법보다 기계장치에 더 적합한 진법을 연구해서, 17세기 후반에 이진법을 창안했다.
이진법은 1과 0만을 사용하며, 이들을 배열해서 모든 숫자를 표기한다.
초기의 컴퓨터
전세계에서 최초의 전자식 컴퓨터는 콜로서스 or 에니악 or 아나소프트-베리 컴퓨터 이다
콜로서스(Colossus)
콜로서스는 1943년부터 1945년 사이에 영국의 암호 해독가들이 로렌츠 암호 해독을 위해 개발한 컴퓨터이다. 콜로서스는 진공관을 사용해 계산을 수행했다.
콜로서스는 세계 최초의 프로그래밍 가능한 전자 디지털 컴퓨터로 간주되지만, 저장된 프로그램에 의해서가 아니라 스위치와 플러그에 의해 프로그램되고 작동되었다.
콜로서스는 블레츨리 파크의 정부 암호 연구소 소속 수학자 맥스 뉴먼이 제시한 문제를 해결하기 위해 우편국(General Post Office)의 전화기 엔지니어 토미 플라워스가 설계한 것이다.
앨런 튜링이 암호 해독에 사용한 확률론적 방식도 콜로서스의 설계에 영향을 주었다. 앨런 튜링이 에니그마 기계의 암호를 해독하기 위해 콜로서스를 만들었다
전자식 숫자 적분 및 계산기(ANIAC,에니악)
1943년에서 3년에 걸쳐서 1946년 2월 15일에 펜실베이니아 대학의 모클리와 에커트가 제작한 전자 컴퓨터이다. 1947년 7월 29일에 작동을 시작해 1955년 10월까지 활용되었다
에니악도 현재와 같은 프로그램 기억식이 아니라, 프로그램을 배선판에 일일이 배선하는 외부 프로그램 방식이었다.
마크－원에서는 계산기를 제어하는 데 종이테이프가 쓰이는 데 비해 선판의 연결에 의해 계산을 수행했으므로 작업에 따라 배선판을 교체해야만 하였다
(그러나 어느 것이나 계산순서를 지령하는 일련의 명령은 그 대상인 데이터와는 별도로 주어졌다).
또한, 릴레이 중 하나가 고장이 나면 작동이 아예 불가능하였다. 20개의 변수와 300개의 정수를 기억하는 메모리가 장착되었고, 플로피 디스크 등과 같은 외부 기억장치는 가지고 있지 않았다.
현재의 컴퓨터는 2진수로 계산을 하는 것이 대부분이지만 에니악의 내부구조에는 10진수를 채용했다.
부호 첨부 10자리수의 연산이 가능해 매초 5000회 덧셈에 14회 곱셈을 실행할 수 있었으며,
이는 십진수 10자리의 곱셈을 0.0028(28,000분의 1초)초, 나눗셈을 0.006초(6,000분의 1초) 이내에 처리할 수 있는, 당시에는 획기적인 컴퓨터였다.
에니악 개발은 프레스퍼 에커트와 존 모클리가 주도했으며, 개발 목적은 대포의 정확한 탄도 계산이었다.
대포의 탄도 계산이라는 소기의 목적은 달성했으나, 기억 용량이 적고 내장 프로그램이 아니라 외부 프로그래밍 방식이어서 사용에 제약이 많았다.
전쟁이 끝난 후에는 난수 연구, 우주선 연구, 풍동설계, 일기예보 등에도 이용되었다.
이처럼 초기에 컴퓨터는 진공관으로 재작되었으며,전쟁에 사용될 암호해독용도로 개발된것이 많고 현대의 컴퓨터가 0과 1로 이루어진 2진법을 사용하는데 비해 초기에 컴퓨터는 10진법을 채택하였다
아타나소프-베리 컴퓨터
아나소프-베리 컴퓨터는 세계 최초의 전자식 컴퓨터 이다.1937년부터 1942년까지 아이오와 주립 대학에서 존 빈센트 아나소프 와 클리포드 베리가 개발하였다
이진수 연산, 병렬 컴퓨팅, 재생식 메모리, 메노리 연산 기능의 분리 등의 컴퓨터 발명에 기여하였다
1939년 10월에 첫 시제품을 완성하게 된다. 그 해의 11월, 개념증명을 시연하였다.
이 컴퓨터는 약 1.6km 이상의 전선과 280개의 쌍삼극 진공관, 31개의 사이러트론으로 구성되어 있으며, 무게는 320kg 이상이었고 책상만한 크기였다.
아타나소프-베리 컴퓨터는 현대 컴퓨터에서 사용되는 세 개의 아이디어를 먼저 구현해 내었다.
이진수를 사용하여 수치나 데이터를 나타낸다.
기계적인 구성품(기어 및 기계적인 스위치 등)들을 사용하지 않고 모든 계산을 전자 계산한다.
계산을 하는 부분과 메모리를 분리한다.
또한, 아타나소프-베리 컴퓨터는 재생식 캐패시터 메모리를 사용하였는데, 이론적으로 DRAM과 같다.
이 컴퓨터는 각각 1600개의 캐패시터를 내장하고 있다.
최초의 컴퓨터에 대한 논쟁
후에 아타나소프사가 자신들이 개발한 아타나소프-베리 컴퓨터(ABC)가 최초의 컴퓨터라며 이의를 제기 했고,
1973년 10월 19일 미국 법원에서 "인류 최초의 전자 계산기는 아타나소프-베리 컴퓨터 이다"라고 판결하였고 아타나소프사가 승소했다.
하지만 대영제국이 발명하고, 발명 사실을 비밀로 한 콜로서스라는 컴퓨터가 최초라고 하는 사람들도 많다.
아직 대중 사이에서는 에니악이 최초의 컴퓨터라고 알려져 있다
현대의 컴퓨터
이진법을 이용하여 논리 연산, 저장을 수행하는 전자 기계이다.
대형 컴퓨터와 개인용 컴퓨터(데스크톱 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터)가 대표적인 컴퓨터이고, 스마트폰, 스마트 워치를 비롯한 웨어러블 디바이스, 게임기, 임베디드 시스템, 일부 가전제품 및 기업의 장비(서버) 등도 컴퓨터로 볼 수 있다.
초창기 개인용 컴퓨터는 BASIC 등 프로그래밍 언어를 기본적으로 탑재하는 것이 상식이었다. 왜냐하면, 상용 프로그램이라는 개념이 부족했으므로 사용자가 직접 프로그램을 만들어서 컴퓨터를 활용해야 했기 때문이다.
1970년대 이후에는 존 폰 노이만 구조에 기반을 둔 디지털 컴퓨터로 자주 구현된다.
현대 컴퓨터의 가장 기본적인 단위는 트랜지스터라고 불리는 아주 작고 간단한 전기 스위치이다.
트랜지스터의 크기는 매우 작아 기본적으로 나노미터 단위로 설계되며, AMD 라이젠 시리즈 3세대의 트랜지스터는 불과 7 나노미터에 불과할 정도이다.
트랜지스터 그 자체는 사실 별 볼일 없는 전기 스위치로, 그저 배선에 전기를 흐르게 만들거나 못 흐르게 만드는 역할만 할 뿐이다.
이때 배선에 전기가 흐르는 상태를 1 흐르지 않는 상태를 0으로 부르며, 이를 이용해 제법 간단한 수학적 규칙을 세울 수 있다.
트랜지스터들을 모아 논리 회로를 구성하면 그저 전기 스위치에 불과한 트랜지스터들의 이러한 0과 1 신호를 조합해 의미있는 패턴들을 만들어낼 수 있게 되는데, 곧 덧셈과 뺄셈을 시도할 수 있게 된다.
만약 덧셈과 뺄셈이 가능하면 곱하기와 나누기도 가능하다는 이야기이며, 이는 곧 이론적으로 모든 형태의 계산을 자동으로 할 수 있다는 이야기가 된다.
즉, 컴퓨터는 전기 스위치에 불과한 조그만한 트랜지스터들을 모아 논리회로를 만들고 이러한 논리회로들이 덧셈과 뺄셈같은 산수를 계산하는 것에 기반하여 작동하는 기계라고 할 수 있다.
슈퍼컴퓨터
2010년 기준 초당 수백 테라~수 페타플롭스의 속도로 연산을 수행한다.일반인이 슈퍼컴을 가장 가까이서 접해볼 수 있는 매체는 단연 일기예보. 그 외에도 핵물리 실험 같이 계산량이 상당한 분야에는 꼭 필요하다.
2000년 이후로는 전투기, 헬리콥터, 미사일 등의 무기를 개발할 때 다수의 시제품을 만드는 대신 시뮬레이션으로 대체하는 추세이므로 이 슈퍼컴퓨터가 국력의 척도가 될 날도 머지 않았다.
한국에서도 무기뿐만이 아닌 일반 기업에서 휴대폰, 각종 전자제품, 자동차 등을 설계할 때에도 슈퍼컴퓨터를 이용한 시뮬레이션을 하고 있다.
이미 슈퍼컴퓨터는 한 나라의 국력과 과학, 기술력의 척도로 어느 정도 자리매김 하고 있다.
현재 세계에서 최신 고성능 슈퍼컴퓨팅 기술 개발과, 장비 도입을 경쟁적으로 시행하는 나라는 미국, 중국, 일본 정도다. 세계 슈퍼컴퓨터 성능 순위가 발표될 때마다 세 나라에서 새롭게 개발한 장비들이 1위를 서로 탈환하고 있는 형편이다.
반면 한국에서 가장 좋은 슈퍼컴퓨터는 세계 30위권 정도에 위치해 있다.
슈퍼 컴퓨터도 이미 조 단위의 가격을 가지고 있다. 국가 슈퍼컴퓨팅 연구소의 자료에 따르면 일본 이화학연구소의 슈퍼컴퓨터 'K' 는 1조 5천억 원을 들여 구축하였다.
메인프레임
프로세싱 능력을 극대화한 대형 컴퓨터로서 대규모의 이용자가 동시에 이용할 수 있다.주로 은행, 병원, 정부 기관 등에서 사용한다. 슈퍼컴퓨터의 경우에는 계산 능력을 극한으로 끌어 올린 계산기라면,
메인프레임의 경우에는 계산과 함께 광범위 한 컴퓨팅 능력을 극한으로 끌어올린 범용 컴퓨터이다.
그만큼 메인프레임의 활용 분야는 매우 다양하다.
또한, 인류가 가진 컴퓨터 기술의 최첨단에 서있는 컴퓨터이기 때문에 성능뿐만 아니라 안정성, 보안 역시 대단히 우수하며, 이 때문에 은행이나 정보 기관과 같은 보안이 중요한 단위들에서 많이 사용되고 있다.
다만 최신 컴퓨터 기술력이 총동원된 만큼 도입 비용이 엄청나게 비싼데, 메인프레임의 도입 비용은 조 단위로 올라가는 경우가 허다하다.
특히, 전국에 분포한 영업망을 전용 통신망으로 연결하여 금융 데이터를 처리해야 하는 은행에서 도입하는 메인프레임의 경우는 수조 원을 상회하는 것으로 알려져 있다.
보통 컴퓨터 기술이 발달할수록 대중 컴퓨터의 가격은 하락하지만, 메인프레임의 경우에는 오히려 가격이 천정부지로 치솟고 있는데, 이에 대한 대안으로 클라우딩 메인프레임의 개념이 제안되기도 한다.
이는 일정 단위의 컴퓨터들을 네트워크로 연결하여 메인프레임에 준하는 성능을 뽑아내자는 개념이다.
하지만 메인프레임은 성능뿐만 아니라 보안과 안정성에서도 강점을 가져야 하고, 클라우드 컴퓨팅 항목에서도 볼 수 있겠지만,
이 컴퓨팅 개념 자체가 안정성과 보안 측면에서는 개념은 없다고 볼 수 있을 만큼 위험한 것이기 때문에 메인프레임하면 여전히 고전적 메인프레임을 지칭하고 있다.
또한, 상황이 역전되어 클라우딩 시스템이 메인프레임을 구성하는 것이 아니라, 메인프레임이 압도적인 성능을 내세워 클라우딩 컴퓨팅의 주 전산기로 부상하고 있는 상황이다.
개인용 컴퓨터(PC)
는 기업이나 가정에서 개인이 사용하는 컴퓨터를 말한다.보통 책상 위에 놓고 사용할 수 있을 정도의 , PC라는 이름은 1970년대 초 미국의 IBM사와 휴렛 팩커드사가 발매한 기종에 처음 사용되었다.
이 때는 트랜지스터 방식이었으나 그 후 마이크로컴퓨터의 등장으로 본격적인 PC 시대를 맞게 되었다.
PC라는 단어가 본격적으로 쓰인 것은 IBM에서 생산한 개인용 컴퓨터의 상품명인 IBM PC에서 유래하고부터이다.
한국에는 1980년대에 도입되어 1990년대 이후 인터넷과 함께 널리 보급되었다.
각종 디지털 정보의 저장·관리·통신 작업을 수행할 수 있다. 따라서 디지털 음악 감상, 게임, 채팅 등에도 쓰인다.
최초로 상업적으로 판매된 개인용 컴퓨터는 MITs사의 Altair 8800 이었으며, 이를 본따 많은 개인용 컴퓨터가 출시되었다.
이후 애플 II컴퓨터, 코모도어 VIC-20 등이 상업화에 성공하였다.
1980년대 이후, MS와 인텔은 개인용 컴퓨터 시장을 MS-DOS와 윈텔 플랫폼으로 대부분 지배하였다.
대한민국에서는, 1990년대 들어 PC가 16비트에서 32비트로 개편될 조짐을 보였고, 그 후 32비트로 전환되었다.
현재는 컴퓨터 성능이 발전하여, 64비트 컴퓨터가 보급되고, 코어가 여러 개인 CPU도 널리 보급되고 있다.
컴퓨터의 세대
컴퓨터는 사용된 회로기술,주요소자에 따라 세대가 나눠진다 세대가 높아질수록 신뢰성이 높고,
하드웨어 중점에서 소프트웨어 중점으로 넘어가 안정성을 높였고,성능이 비약적으로 상승했다는 특징이 있다
1세대
제작시기 : 1940~1950년대 후반
주요소자 : 진공관
연산속도 : ms(1/1,000초)
주 기억장치 : 자기드럼
사용언어 : 기계어,어셈블리어
특징 : 자기드럼 사용으로 처리속도는 높였지만 용량이 매우 작아서 재약이 있었다,속도가 매우 느렸다,신뢰도가 낮고 하드웨어 개발중점
2세대
제작기간 : 50년대 후반~60년대 중반
주요소자 : 트렌지스터
연산속도 : ms(1/1,000,000초)
저장장치 : 자기코어
사용언어 : 포트란, 알골, 코볼 등등 고급언어 개발
특징 : 하드웨어 중심에서 소프트웨어 중심으로 전환, 온라인 실시간 처리 실용화, 다중프로그래밍 도입, 부피는 작아지고 신뢰성은 업그래이드 됨
3세대
제작기간 : 60년대~70년대 중반
주요소자 : 집적회로
연산속도 : ms(1/1,000,000,000초)
저장장치 : 집적회로
사용언어 : 베이직 파스칼
특징 : 시분할 처리 시스템 과 다중처리 기법 개발, (OMR, OCR, MICR)입력장치 개발, MIS(경영정보시스템)도입
4세대
제작기간 : 70년대~80년대 중반
주요소자 : 고밀도 집적회로
연산속도 : ps(1,000,000,000,000초)
저장장치 : 고밀도 집적회로
특징 : 마이크로프로세서의 출현(컴퓨터의 소형화), 최초의 개인용 컴퓨터와 슈퍼컴퓨터 등장, 네트워크가 크게 발달되어 원격지의 자료도 공유가능,
공장, 사무 자동화 등 컴퓨터를 이용한 자돟화가 이루어짐, 가상 기억 장치 기법 도입
5세대
제작기간 : 1980년대 중반~현재
주요소자 : 초고밀도 집적회로
연산속도 : fs(1,000,000,000,000,000,000초)
사용언어 : Visual C, Visual Basic, Java등등
기억장치 : 초고밀도 집적회로
특징 : 인공지능 전문가 시스템, 의사 결정 시스템, 퍼지 이론등 컴퓨터를 이용 하여 보다 복잡한 계산을 수행하고 고도의 시스템분야에 활용하고 있다
