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컴퓨터
컴퓨터(computer)란 전자적 방법으로 정보를 처리하는 기계를 말한다. 좁은 의미로는 개인용 컴퓨터(PC), 서버컴퓨터, 노트북 등을 말하고, 넓은 의미로는 스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 컴퓨터 등을 모두 포함하는 말이다. 초고속 대용량 연산 처리가 가능한 슈퍼컴퓨터가 있다. 기존의 전자 컴퓨터보다 수백만 배 이상 빠른 양자컴퓨터가 등장하였다.
목차
개요
각종 정보를 저장, 처리하고, 수학적 계산을 하는 도구다. 현재 우리가 알고 있는 컴퓨터는 전자회로를 이용해 프로그램과 정보를 전자적 형태로 저장하고, 빠르게 계산하고, 입력된 데이터를 정해진 프로그래밍에 따라 처리하는 전자기기이다. 계산하다라는 뜻을 가진 라틴어 ‘컴푸타레(computare)’에서 기원한 것으로, 폭넓게 보면 전자회로의 유무와는 상관없이, 계산을 할 수 있는 기기 전반을 가리킨다. 초기의 컴퓨터는 주산, 기계식 계산기로도 볼 수 있다.[1] 수식이나 논리적 언어로 표현된 일련의 산술 연산이나 논리 연산을 자동으로 수행하도록 지시하거나 입력된 데이터를 가공하고, 처리된 데이터를 유용한 정보로 출력한다. 컴퓨터에 대한 정의는 가리키는 범위가 너무 넓어 쉽게 설명하기가 어렵다.[2] 1940년대 이후부터는 거의 대부분의 컴퓨터가 폰 노이만의 ‘폰 노이만 구조’를 기반으로 설계된다.
역사
어원
컴퓨터의 어원인 라틴어 콤푸타레는 함께라는 의미의 ‘콤(com)’, 생각하다라는 의미의 ‘푸투스(putus)’의 합성어로, 생각을 정리하며 수식을 따라 계산하는 것을 의미한다. 과거에는 기계적인 도움의 유무와 관계없이, 수학 계산을 수행하는 사람을 가리키는 말로 사용했고, 현재에는 전자적 기계를 의미하는 경우가 훨씬 많지만, 수학을 계산하는 사람으로 사용되기도 한다. 1897년에 처음으로 기계적 계산을 수행하는 기계를 일컫는 말로 사용되었다.[2]
기계식 계산기
인류 역사상 최초의 계산기인 주판은 기원전 2400년경에 바빌로니아에서 개발된 이후, 기원전 2000년경 중국에서 개량을 거쳐 거의 2000년 이상 쓰였다. 하지만 주판은 사용방법을 익히는데 시간이 걸리고, 계산 과정에 상당한 부분을 사람의 머리에 의존했다. 자동으로 계산할 수 있는 최초의 계산도구는 17세기부터 본격적으로 개발되기 시작했다. 기계식 계산기는 톱니나 피스톤과 같은 기계 부품으로 구성된 것으로, 이를 사람이나 태엽의 힘으로 돌리면서 계산할 수 있었다. 그러나 물리적으로 맞물린 기계 부품으로 구성된 탓에 구조가 복잡한데다, 고장이 잦아 관리가 어려웠다. 복잡한 계산을 할수록 뻑뻑해져 구동이 잘 되지 않는다는 단점도 있었다.
전자식 계산기
이러한 단점을 극복하기 위해 19세기부터 전자식 계산기, 즉 근대적 의미의 컴퓨터가 고안되기 시작했다. 1822년 영국의 찰스 배비지(Charles Babbage)가 기계식 디지털 계산기인 ‘차분기관(difference engine)’을 발표했다. 차분 기관은 기존의 기계식과 달리 로그 함수와 삼각 함수의 계산이 가능했고, 핸들을 돌려 작동하기는 했지만, 천공 카드를 이용해 디지털 데이터를 기록할 수 있다는 점에서 오늘날의 컴퓨터와 유사한 점이 있다. 1904년에 영국의 존 플레밍(John Ambrose Fleming)이 진공 상태에서 전자의 흐름을 조절해 신호의 변경과 증폭을 가능하게 하는 ‘진공관’을 개발했고, 1936년 영국의 앨런 튜링(Alan Turing)이 입력과 연산, 그리고 출력과 기억을 연속적으로 할 수 있는 ‘튜링 기계’의 개념을 정의한 논문을 발표했다. 진공관의 개발과 튜링 기계의 발표로, 근대적 컴퓨터의 핵심 부품과 기본 동작원리가 확립되었다.[1] 전자식 계산기는 수를 저장하는 장치(기억장치), 저장된 수치들로 계산을 하는 장치(연산장치), 기계의 동작을 제어하는 장치(제어장치), 입출력 장치로 이루어져 오늘날 사용하는 자동 컴퓨터의 기본 요소를 모두 갖추고 있다.[3]
1939년, 미국 아이오와 주립대학의 존 아타나소프(John Vincent Atanasoff)와 그의 조수였던 클리포트 베리(Clifford Berry)가 ‘아타나소프 베리 컴퓨터’(Atanasoff-Berry Computer)라는 세계 최초의 완전한 전자식 컴퓨터를 발표했다. 약자를 따 ‘ABC’로 더 많이 불렸던 이 컴퓨터는 1939년 시험 모델 제작을 통해 최초 가동 실험을 했고, 1942년에 완성품이 발표되었다. 280개의 진공관가 1.6km 이상의 케이블로 구성되었고, 무게는 320kg 정도로, 디지털 방식의 데이터를 사용하며, 기계적인 장치 없이 완전한 전자식으로 연산이 가능했지만, 실험적인 의미가 강했기 때문에 실용성은 거의 없었다. 1944년, 영국에서 튜링이 고안한 것을 바탕으로 체신청의 기술자인 토미 플라워스(Tommy Flowers)가 설계한 ‘콜로서스(Colossus)’라는 전자식 컴퓨터가 개발되었다. 콜로서스는 군사용으로 쓰였기 때문에 당시에는 존재 자체가 극비로, 외부에는 거의 알려지지 않았다. 2차 세계대전 중 독일군의 암호를 해독하는 작업에 주로 쓰였고, 많은 성과를 올렸다고 한다. 콜로서스를 세계 최초의 ‘실용화된’ 컴퓨터로 분류하기도 한다.[4]
최초의 컴퓨터
1964년 2월, 최초의 전자식 진공관 컴퓨터 에니악(ENIAC: Electronic Numerical Integrator and Calculator)이 탄생했다. 미국 펜실베이니아 대학의 존 에커트(John Presper Eckert)와 존 모클리(John William Mauchly)가 미국 탄도연구소의 의뢰로 3년간의 연구 끝에 선보인 에니악은 일반인이 손으로 계산하는 것보다 20만 배나 빠른 초당 5000번의 연산을 할 수 있었다. 이전의 전기식 계산기인 ‘MARK 1’이 초당 3번의 연산을 할 수 있었던 것에 비하면 엄청나게 빨라졌다는 사실을 알 수 있다. 17,000개 이상의 진공관가 7만개 이상의 저항기로 구성된 에니악은 총 무게가 약 30톤에 달할 정도로 거대했고, 150KW의 소비전력으로 한번 가동하면 필라델피아 시내의 전등이 모두 깜빡거릴 정도였다고 한다. 지금의 컴퓨터와는 달리 입력장치와 기억장치가 없었고, 배전반을 연결하여 연산했기 때문에, 한 연산을 마치고 다른 연산을 시작하기 위해선 배선을 바꿔야하는 번거로움이 있었다. 에니악은 미국 탄도연구소에 설치된 후 군사 프로젝트 개발을 위한 연산에 활용되었고, 2차 대전 후에는 일기예보등에 활용되었다. 현재는 워싱턴의 스미스소니언 박물관에 보존되어있다. 한 때 세계 최초의 컴퓨터로 알려지기도 했지만, 법정 공방의 끝에 에니악이 아닌 ABC가 세계 최초의 컴퓨터로 인정받게 되었다.[5]
근대 컴퓨터
애니악이 사용되던 시대의 컴퓨터는 새로운 작업을 할 때마다 회로와 기억장치를 바꿔끼워야 하는 불편함이 있었다. 이러한 단점에 대응하여, 1945년 헝가리 출신의 미국 수학자 존 폰 노이만(John von Neumann)이 컴퓨터 내부의 기억장치에 소프트웨어 방식의 프로그램을 내장하여, 소프트웨어만 바꾸면 여러 가지 작업에 대응할 수 있도록 하는 프로그램 내장 방식 컴퓨터의 개념을 발표했다. 이를 바탕으로 1949년 처음으로 폰 노이만 구조를 실용화한 컴퓨터인 ‘에드삭(EDSAC: Electronic Delay Automatic Calculator)’이 등장했고, 몇 개월 후 에드삭의개량형인 ‘에드박(EDVAC: Electronic Discrete Variable Automatic Computer)’도 발표되었다.[1]
상용 컴퓨터
앞의 과정들을 통해 실용적인 컴퓨터의 기본 개념은 거의 확립되었다. 이것을 바탕으로 1950년대부터 컴퓨터의 상용화가 시작되었다. 최초의 상용컴퓨터는 1950년 완성되어 이듬해부터 출시를 시작한 레밍턴 랜드사의 ‘유니박(UNIBAC: Universal Automatic Computer)’로, 유니박 1은 대당 16만 달러에 판매되었다. 유니박 이후에도 여러 가지 상용 컴퓨터가 출시되었지만, 높은 가격과 큰 덩치로 인해 대부분 정부기관이나 기업에서만 사용되었다. 1977년, 미국의 애플사에서 애플2라는 소형 컴퓨터가 출시되면서 컴퓨터의 대중화가 시작되었다. 크기가 작고 사용법도 간편했으며, 1,300달러 정도로 비교적 저렴한 가격으로 대중들 사이에서 인기를 끌었다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 개인용 컴퓨터(PC)의 규격은 1981년, 미국의 IBM사에서 출시한 ‘IBM 퍼스널 컴퓨터 5150’으로부터 시작되었다. 비교적 값이 싸고 쉽게 구할 수 있는 부품들로 구성되었고, 내부 구조를 완전히 공개하여, 다른 회사나 개인이 직접 IBM 개인용 컴퓨터와 호환되는 기종을 만들 수 있었다. 이후 대부분의 개인용 컴퓨터의 기본적인 아키텍처는 IBM 개인용 컴퓨터의 호환 규격을 따르고 있다.[1]
폰 노이만 구조
구성
하드웨어
- 중앙처리장치
- 주기억장치
- 보조기억장치
- 입력장치
- 출력장치
소프트웨어
- 운영체제
- 응용소프트웨어
분류
- 제 1세대 컴퓨터: 진공관을 이용해 만든 컴퓨터로, 저급 언어(기계어)를 이용하여 프로그램을 작성하기 때문에 오랜 시간이 걸리고, 수학 전공자가 아니면 이해하기 어려웠다.
- 제 2세대 컴퓨터: 기억소자로 트랜지스터를 처음으로 도입했다. 트랜지스터는 진공관과 기능이 유사하지만 크기가 훨씬 작고, 발열 및 전력 소모에서 효율적이다. 2세대 컴퓨터를 바탕으로 COBOL, FORTRAN 등의 언어가 탄생했지만, 컴퓨터와 프로그래밍은 아직 일반인들과는 거리가 멀었다.
- 제 3세대 컴퓨터: 기억소자로서 직접회로를 사용한다. 직접회로는 수백 개의 트랜지스터와 부품들을 칩으로서 통합한 전자회로를 의미한다. 다중 프로그래밍의 개념이 처음으로 등장하였고, 고속 처리가 가능해졌다.
- 제 4세대 컴퓨터: 고밀도직접회를 사용했고, 초고밀도 직접회로를 통해 고성능 컴퓨터도 구비할 수 있게 되었다. 1970년대 단일 마이크로프로세서에서부터 인텔(intel) 운영체제를 가미한 상업용 개인용 컴퓨터도 출현했다. 1990년대에 들어서 우리가 알고 있는 윈도우가 등장했고, 고밀도직접회로의 상용화 덕에 많은 사람들이 PC를 가질 수 있게 되었다.
- 제 5세대 컴퓨터: 인공지능을 갖춘 개인용 컴퓨터를 의미하는 것으로, 앞으로 지적 대화 기능이나, 추론 기능에 대응할 수 있는 컴퓨터 시스템 개발을 과제로 이루어 나가야할 목표이다. 컴퓨터 스스로 논리적인 추론이 가능하게 되고, 내부 및 외부의 데이터를 상호 조합할 수 있게 된다고 한다.[6] 제 5세대 컴퓨터에 포함되어야할 주요 시스템으로 문제 해결 및 추론 시스템, 지식 베이스 시스템, 지적 인터페이스 시스템이 있다. # 문제 해결 및 추론 시스템은 외부에서 주어진 지식뿐만 아니라, 시스템에 기억되어 있는 데이터를 사용하여 컴퓨터 스스로 논리적인 추론을 하여 문제를 해결하도록 하는 시스템이다. 연역, 귀납적 추론 등 지식계의 상호 보완에 의한 협조형 문제 해결 기능 등이 이 시스템에 포함된다.
- 지식 베이스 시스템은 데이터 뿐만 아니라 합리적인 판단, 실험 결과 등을 체계적으로 정리한 지식을 시스템 내에 기억하여, 필요한 때에 검색하는 기능을 지닌 시스템이다.
- 지적 인터페이스 시스템은 컴퓨터에 인간이 말하는 자연 언어, 음성, 도형, 화상 등을 다루는 능력을 부여하여, 인간과의 대화가 순조롭게 진행되도록 하는 기능이다. 쉽게 말하자면 자연 언어의 이해를 중심으로 컴퓨터에 눈, 귀, 입을 부여하여하는 것이다.[3]
응용
전망
컴퓨터의 기능은 갈수록 다양해지고, 세분화 되어가고 있다. 컴퓨터 연구가들은 더 빠르고, 성능이 좋은 하드웨어와 소프트웨어를 개발하고 있다. 그 중에서도 특히 소프트웨어 연구는 단순히 자료를 다루는 것이 아니라 스스로 판단까지 할 수 있는 인공지능의 개발에 집중이 되고 있다. 컴퓨터를 더 작게 만들기 위한 노력도 계속되고 있는데, 전문가들은 대부분 가까운 미래에도 직접회로로 만든 컴퓨터가 계속 사용될 것으로 예상한다. 그러나 몇몇 과학자들은 단순히 만드는 개념의 컴퓨터가 아니라, 기른다고 해야 할 생물학적 컴퓨터가 만들어지고, 단위분자에 데이터를 저장할 수 있게 될 것이라고 예측하기도 한다. 분자저장 시스템을 이용하면 책 한 권도 안되는 작은 공간에 인류의 모든 지식을 저장할 수 있을 것이다. 또한 컴퓨터 과학자들은 인공지능 컴퓨터를 만들기 위해 노력중이다. 일부 과학자들은 장래에는 인간과 대등하게 대화하고, 생각하고, 감정을 지니는 컴퓨터가 등장할 지도 모른다고 생각한다. 장래의 인공지능 컴퓨터는 여기에서 더 나아가, 지식의 축적, 유추, 증명, 창작 등의 능력을 갖추게 될 것으로 기대된다. [3]
각주
참고자료
- 〈컴퓨터〉, 《네이버 지식백과》
- 〈컴퓨터〉, 《위키백과》
- 김영우 기자, 〈인류의 삶을 바꾼 위대한 기계 – 컴퓨터(Computer)〉, 《아이티동아》, 2011-09-30
- 〈그때 그 발견! 인류 최초의 컴퓨터 에니악〉, 《삼성반도체이야기》, 2017-02-17
- 안경잡이개발자, 〈컴퓨터의 역사에 대해서 알아보자!〉, 《티스토리》, 2016-06-04
- 휴먼밸, 〈컴퓨터의 역사〉, 《오픈튜토리얼스》, 2017-01-02
