컴퓨터의 이해 Chapter 02

목차 초기의 컴퓨터 발전 컴퓨터의 세대별 분류 컴퓨터 분류 수의 표현과 연산 데이터의 표현 논리회로

2.1 초기의 컴퓨터 발전 초기의 계산기 인류의 역사와 더불어 인간 생활에 있어서 수와 양을 표시하기 위한 계산 방법은 꾸준히 발전됨

2.1 초기의 컴퓨터 발전 고대의 계산 도구 : 서양에서는 원시적 수준의 주판이 기원전 3000~4000년에 고안됨 로마인들은 주판알을 ‘Calculi’라고 부름(Calculate) 6세기경 로마의 철학자 보이티우스 에 의해 주판 개량됨 10세기경 교황 실베스터 2세에 의해 개량됨 17세기에는 총의 탄도를 계산해내는 도구인 ‘섹터’라는 메케니즘을 갈릴레요를 포함한 여러 발명가들이 고안 중국의 주판은 기원전 26세기경 개발되어 배우기 쉽고 사용이 용이하여 아시아권에서 널리 이용됨

2.1 초기의 컴퓨터 발전 네이피어의 봉 : 스코트랜드의 귀족이며 자연대수(logarithm)의 창시자인 네이피어가 만든 봉은 곱셈의 계산에 매우 효율적으로 개발 후 300년간 이용됨 네이피어의 봉

2.1 초기의 컴퓨터 발전 파스칼의 톱니바퀴 계산기 17세기 프랑스의 저명한 수학자이자 철학자인 파스칼이 고안한 것으로 톱니바퀴의 회전원리를 이용하여 가감산 및 자리올림을 할 수 있는 최초의 기계식 계산기의 원형을 고안 파스칼의 계산기

2.1 초기의 컴퓨터 발전 배비지의 분석 엔진 영국의 수학자인 배비지는 펀치로 작동되는 직기를 발명한 프랑스의 직공 재쿼드와 함께 차분엔진이라고 불리는 계산기를 연구 차분엔진은 대수표를 계산하는 데 사용되었으며, 나중에 기억, 연산, 입출력 장치 등을 갖춘 분석 엔진이라는 이름으로 더욱 포괄적인 기능의 기계가 1834년에 고안됨 차분 엔진

2.1 초기의 컴퓨터 발전 분석엔진 영국의 수학자 부울(G.Boole)이 논리 대수를 창안 정보 이론에 관한 기반 다짐 오늘날의 계산기 원리 기계에 범용성을 가지도록 하기 위해 펀치 카드를 활용 연산의 순서를 자동으로 제어하는 방법은 오늘날 디지털 컴퓨터의 기본 영국의 수학자 부울(G.Boole)이 논리 대수를 창안 정보 이론에 관한 기반 다짐 조지(George)와 슈츠(E.Scheutz)는 배비지의 설계를 기초로 최초의 실용적인 기계적 컴퓨터를 만듬 배비지의 아이디어는 73년 후 하버드 대학의 에이킨 교수에 의해 마크-I으로 실현

2.1 초기의 컴퓨터 발전 홀러리스의 천공카드 천공카드는 일괄처리의 효시가 되었고 1890년 미국 국세 조사 업무의 자료 처리에 사용된 후 1960년대 말까지 통계와 사무처리를 비롯한 분야에 이용 후예 IBM사의 전신이 되었음 천공카드 홀러리스 천공카드 시스템

2.1 초기의 컴퓨터 발전 천공카드 천공 카드(穿孔-, punched card)는 데이터를 표현하기 위해 규칙에 따라 직사각형 모양의 구멍을 뚫어 사용하는 종이 카드로서 초기의 저장매체이다. 천공 위치에 구멍을 뚫거나 뚫지 않음으로써 하나의 비트를 나타날 수 있다. 표준 천공 카드의 크기는 가로 187.32mm, 세로 82.5mm이며, 천공 위치는 가로 80자리, 세로 12자리가 있다 일괄처리(Batch Processing)의 효시

2.1 초기의 컴퓨터 발전 기계식 계산기 초기의 컴퓨터 ABC(Atanasoff-Berry Compute) 최초의 전자식 컴퓨터로 전자식 디지털 계산기를 제작함 복잡한 계산을 수행하는 물리학자들을 돕기 위한 목적 ABC 컴퓨터

2.1 초기의 컴퓨터 발전 마크-I : 1944년 IBM과 국방성의 공동 연구에 참여한 하버드 대학의 에이킨 교수가 제작 세계 최초의 전기 기계식 자동 계산기 배비지의 설계를 실현시킨 것으로 분석 엔진의 원리를 이용해 과학 기술 계산을 목적으로 제작됨 중량이 5촌이고 사용하는 전선이 800km나 됨 78대의 기계와 3304개의 계전기 사용 연산속도는 23자리 가감셈을 0.3초 곱셈을 6초 그리고 나숫셈을 11.4초에 처리 마크 - I

2.1 초기의 컴퓨터 발전 계전기 전기회로에서 회로를 두 개로 나누어 한쪽에서 신호를 만들고 그 신호에 따라 다른 쪽 회로의 작동을 제어, 즉 회로를 열거나 닫을 필요가 있다. 이때 사용하는 전자부품이 계전기이며 일종의 전기 스위치라 할 수 있다.

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 제 1세대(1951~1958) 데이터의 저장과 처리에 진공관 사용 주기억장치에 자기 드럼 사용 입출력 보조기억 장치로 천공카드사용 프로그램은 기계어를 사용하여 작성 진공관 사용으로 전력소모가 많고 열이 많이 나며 고장이 많고 넓은 공간이 필요 느리고 불안정하고 비쌀 뿐만 아니라 프로그래밍 하기가 어려움의 단점들이 많음 소프트웨어보다 하드웨어 개발에 중점을 둠

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 에니악 세계 최초의 전자식 컴퓨터로 미국 육군의 탄도 궤도의 수학적 도표를 계산하기 위해 만들어짐 1만8800개의 진공관과 1500개의 릴레이가 사용 소비전력 150kw, 무게 약 30톤 크기는 2층 건물 정도 매초 5천번의 가감산과 360번의 곱셈 170번의 나눗셈을 연산 에니악에 사용된 진공관

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 에드박 (Electronic Discrete Variable Computer) 1세대 범용 컴퓨터 프로그램 내장 방식을 최초로 도입한 컴퓨터로 폰 노이만이 개발함 한 프로그램에서 다른 프로그램으로의 전환이 가능 1세대 범용 컴퓨터 IBM사에서 1952년 701이라는 모델명을 가진 상업용 컴퓨터를 내놓은 데 이어서 1953년에 사무용과 과학 기술용으로 함께 쓸 수 있는 범용적인 컴퓨터 IBM650을 발표

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 제 2세대(1958~1963) 회로소자로 트랜지스터를 사용, 주기억 장치에는 접근 시간이 짧은 자기 코어가 이용됨, 보조기억 장치로 용량이 큰 자기 드럼, 자기 디스크가 사용, 입출력 장치로는 자기 테이프와 종이 카드가 사용됨 계산 속도는 백만분의 1초 단위 정도 까지 향상 트랜지스터 UNIVAC 1107

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 트랜지스터 규소나 저마늄으로 만들어진 반도체를 세 겹으로 접합하여 만든 전자회로 구성요소 전류나 전압흐름을 조절하여 증폭, 스위치 역할 가볍고 소비전력이 적어 진공관을 대체 대부분의 전자회로에 사용 이를 고밀도로 집적한 집적회로가 있음 접합 형 트랜지스터와 전기장 효과 트랜지스터로 구분

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 제 3세대(1964~1970) 컴퓨터에 IC를 사용함으로써 중앙처리 장치는 소형화되는 반면 기억 용량은 커졌으며, 다양한 소프트웨어를 구사할 수 있는 기능이 크게 개선되었을 뿐만 아니라 관리 프로그램과 처리 프로그램 및 사용자 프로그램 등의 소프트웨어 체계가 확립됨 IC 개발 1971년 인텔사는 최초의 초소형 전자 회로인 Intel 4004 마이크로 프로세서를 개발함, 한 번에 4 자리 숫자의 정보를 처리함, 손톱만한 크기의 불과 몇 볼트의 전력만을 사용함 Intel 4004

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 IBM S/360 : 메모리의 크기가 16KB에서 1MB까지 범위로 구성된 6대의 컴퓨터로 이루어 졌으며 시분할 방식을 사용함 PDP-11 : 1960년 대말 대형 컴퓨터보다 작으면서도 기술 개발로 인해 성능이 별로 떨어지지 않으며, 대학의 학과용이나 중소 기업 업무 처리용으로 애용됨 IBM 360 PDP-11

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 제 4세대(1971~ 현재) : 고밀도 집적 회로(LSI)와 초고밀도 집적 회로(VLSI)를 사용, 연산속도는 초대형 컴퓨터인 경우 피코(pico)초에 이르고 있으며, 크레이(CRAY)란 슈퍼 컴퓨터는 현재 1초에 백억 개 이상의 명령어를 행할 수 있는 초고성능의 속도로 작동 중임 LSI 80386의 내부 회로

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 알테어 8800 : 최초의 상업적인 마이크로 컴퓨터로서 대기업이나 정부에서만 사용할 수 있었던 컴퓨터를 일반 대중도 구입할 수 있는 길을 열었음 애플컴퓨터 : 1977년 스티브 잡스와 스테픈 워즈니악에 의해 만들어져 널리 시판된 최초의 마이크로 컴퓨터임 알테어 8800 최초의 애플컴퓨터

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 IBM PC : IBM은 1981년 개인용 컴퓨터를 발표 데스크 탑 컴퓨팅을 통하여 마이크로 컴퓨터의 표준으로 자리 매김 함 개방화 정책으로 컴퓨터 설계에 대한 모든 사항 공개함으로 IBM PC는 호환 기종 업체들이 많이 생기게 됨 저가격의 고성능의 매력으로 IBM PC를 이용함 IBM PC XT

2.2 컴퓨터의 세대별 분류 초고속 장치 대규모 병렬처리 시스템의 구조가 필요함 논리적 추론을 지원하는 연산 기능이 필요함 제 5세대 정의 : 현재 상용화되어 있지는 않지만 앞으로 발전되어 갈 형태의 컴퓨터를 말함. 컴퓨터 시스템은 하드웨어, 지식중심 언어, 인공지능 소프트웨어, 그리고 코드화된 지식베이스로 구성됨 제 5세대 컴퓨터용 하드웨어의 특징 초고속 장치 대규모 병렬처리 시스템의 구조가 필요함 논리적 추론을 지원하는 연산 기능이 필요함 논리 프로그래밍, 인공지능 기법, 그리고 병렬 처리 개념을 내포하는 추상적인 언어가 제공되어야 함

2.3 컴퓨터의 분류 사용목적에 따른 분류 특수용 컴퓨터 : 특정분야의 문제 해결이나 제한된 범위의 문제만을 처리하기 위하여 설계되고 제작된 컴퓨터를 말함 이용분야 군사용 : 미사일이나 항공기의 괘도를 추적하는 일에 쓰임 사업용 : 핵반응 시설을 제어하거나 공장에서 생산공정을 제어함 업무용 : 지하철의 운행이나 개찰, 의료 단층 촬영 등에 이용함 기타 : 항공기 및 선박의 자동 조정 장치 등에 이용함 군사용 컴퓨터와 산업용 컴퓨터 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 - 과학 기술에 필요한 수치 계산 - 수치해석 분야, 선형 계획 프로그래밍, 모의 실험 등의 기술 계산용 범용 컴퓨터 : 일반적인 자료 처리는 물론 여러 분야에서 광범위하게 사용할 수 있도록 설계되고 제작된 컴퓨터를 말함 - 과학 기술에 필요한 수치 계산 - 수치해석 분야, 선형 계획 프로그래밍, 모의 실험 등의 기술 계산용 - 자동차나 항공기의 설계, 제조, 관리 - 생산, 판매, 재고, 급여, 인사, 회계 등의 기업업무나 행정, 금융 업무 등의 사무 처리 분야 개인용 컴퓨터 : 통상 PC라고 부르는 개인의 업무 처리용 컴퓨터를 말함. 취미, 오락, 통신, 가사 등에 이용되고 있으며 학교에서는 컴퓨터 보조 교육에 이용하며 공공 단체나 소규모 기업에서는 업무 처리용으로 이용함 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 자료의 표현 방법에 의한 분류 : 컴퓨터가 취급하는 자료의 형태는 불연속적인 성격을 가지는 이산 자료와 연속적인 표현 방법의 아날로그 자료로 나눌 수 있음 아날로그 컴퓨터 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 디지털 컴퓨터와 아날로그 컴퓨터의 장점을 융합하여 만듬 하이브리드 컴퓨터 디지털 컴퓨터와 아날로그 컴퓨터의 장점을 융합하여 만듬 변환기를 통해 아날로그 형태로 입력된 데이터를 디지털 형태로 처리한 후에 결과는 아날로그 형태나 디지털 형태로 출력할 수 있는 특수 목적형 컴퓨터 어떠한 형태의 데이터라도 처리가 가능한 컴퓨터 하이브리드 컴퓨터 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 처리 능력에 따른 컴퓨터 슈퍼 컴퓨터 : 일반적으로 그 당시의 가장 우수한 범용 컴퓨터보다 한두 단계 앞선 최첨단 컴퓨터를 지칭함. 우리나라에 처음 도입된 슈퍼 컴퓨터는 미국 크레이 리서치사에서 제작한 Cray 2S이며 그 후 속도가 8배나 빠른 세리 슈퍼컴 2호가 도입되어 가동됨 ASCI Red 컴퓨터 Cray 2S 슈퍼 컴퓨터 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 대형 컴퓨터 : 통상 메인 프레임이라고 불리는 대형 컴퓨터는 1초에 수억 개 이상의 명령어를 처리할 수 있는 고속의 컴퓨터로서 다수의 이용자가 공유하고 사용하는 분산처리 시스템에서 주로 사용됨 대형 컴퓨터 IBM 4341 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 미니 컴퓨터 : 다양한 주변 장치를 지원하며 일반 업무 처리도 가능한 소형 컴퓨터로 1960년대 말 연구, 기술, 교육을 목적으로 개발되었으며 가격은 저렴하지만 처리능력이나 용량 면에서 뒤지지 않음 워크스테이션 : 슈퍼 컴퓨터와 연결되어 데이터와 기억 장치 등을 메인 프레임과 공유하면서 업무를 처리할 수도 있으며 특정 용도의 실시간 처리를 위해 독자적인 데이터의 처리, 기억, 연산, 제어 기능을 가지고 있음 SUN 워크스테이션 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 마이크로 컴퓨터 : 마이크로 프로세서를 사용하여 만든 것으로 개인용 컴퓨터 또는 PC라고 불리며 데스크 탑이라고도 함 랩탑 컴퓨터 : 랩탑 컴퓨터는 무릎에 올려 놓을 수 있는 소형 컴퓨터로서 통상 노트북 컴퓨터라고 함. 랩탑은 충전용 배터리를 이용할 수 있고 이동성이 좋으며, 기능성 또한 우수함 팜탑 컴퓨터 : 팜탑 컴퓨터는 손바닥에 들어갈 만한 소형컴퓨터를 의미함 팜탑 컴퓨터 랩탑 컴퓨터 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.3 컴퓨터의 분류 PDA : 거의 온종일 이동 중에 일을 수행할 수 있는 세일즈맨, 보험 설계사, 증권 주문 등의 용도에 쓰이는 것으로 언제 어디서든 편리하게 사용할 수 있음 지능정보단말기 : 현재의 PDA보다 앞선 기술을 표방하며 고도의 정보통신 기술을 활용하여 인간과 컴퓨터간의 친밀한 의사 소통이 가능한 미래 지향형 컴퓨터 기술임 PDA 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.4 수의 표현과 연산 수의 표현과 연산 10진법 : 0~9까지 사용하며 10을 한 자리의 기본 단위로 하는 진법 진법과 수의 구성 10진법 : 0~9까지 사용하며 10을 한 자리의 기본 단위로 하는 진법 2진법 : 0과 1의 조합으로 숫자를 표시하는 방법 8진법 : 0~7까지 수로 표시하는 것이 8진법 16진법 : 0~9까지 그리고 A~F까지를 사용하여 표시하는 진법 진법 변환 관계 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.4 수의 표현과 연산 수의 변환 10진수를 2진수로 변환 소수를 2진수로 변환 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.4 수의 표현과 연산 2진수, 8진수, 16진수의 상호 변환 관계 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.4 수의 표현과 연산 보수의 개념 보수에는 진수를 나타내는 수인 r의 보수와 (r-1)의 보수가 있음 (r-1)의 보수 : (r-1)의 값에서 수의 각 자리의 숫자를 빼면 (r-1)의 보수를 얻게 됨 r의 보수 : (r-1)의 보수를 구하여 가장 낮은 자리에 1을 더함 1의 보수에 의한 뺄셈 처리 과정 컴퓨터에서는 덧셈만 가능하기 때문에 뺄셈의 경우 보수를 이용하여 덧셈으로 변환하여 결과를 얻음 피감수에 감수의 1의 보수를 취하여 더함 맨 윗자리에 자리 올림수가 있으면 최하위 비트에 1을 더하고 올림수가 없으면 결과에서 다시 1의 보수를 취하고 –를 붙임 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.4 수의 표현과 연산 1의 보수에 의한 뺄셈 과정 자리 올림수가 없는 1의 보수에 의한 뺄셈 과정 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.5 데이터의 표현 비트(bit) : 컴퓨터에서 사용하는 최소의 단위로서 0, 1을 나타냄 수치 데이터 표현 비트(bit) : 컴퓨터에서 사용하는 최소의 단위로서 0, 1을 나타냄 바이트(byte) : 영문 1 글자를 나타내는 단위로 8비트로 이루어짐 워드(word) : 워드의 크기는 컴퓨터의 종류에 따라 2바이트, 4바이트, 8바이트 등이 있는데 통상 4바이트를 말함 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.5 데이터의 표현 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.5 데이터의 표현 MSB(Most Significant Bit) : 부호 비트(양수:0, 음수:1) 고정 소수점 데이터 형식 MSB(Most Significant Bit) : 부호 비트(양수:0, 음수:1) 양수의 경우 정수 부분 : 10진수를 2진수로 변환하여 표시함 음수의 경우 정수 부분 : 부호와 절대값의 표현법. 1의 보수법이 나 2의 보수법 중 하나를 쓰는데 보통 2의 보수법을 많이 사용함 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.5 데이터의 표현 부동 소수점 데이터 형식 지수부 : 지수를 2진수로 변환하여 표시함 MSB : 부호 비트(양수:0, 음수:1) 지수부 : 지수를 2진수로 변환하여 표시함 가수부 : 소수점 안의 유효 숫자를 2진수로 표현함. 이때 소수점은 지수부와 가수부 사이에 있는 것으로 가정함 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.5 데이터의 표현 문자 데이터 형식 아스키 코드 (American Standard for Information Interchange:ASCII) : 미국 정보 교환 표준 코드로서 미국 표준 협회가 제정한 데이터 처리 및 통신시스템 상호 간의 정보 교환용 표준 코드 구성 : 패리티비트 :1개 존(zone)비트 : 3개(001:숫자, 100:A~O, 101:P~Z) 디지트(digit)비트 : 4개 BCD 코드(Binary-Coded Decimal Code) : 6비트를 사용하여 하나의 문자를 표시하는 방식으로 기억 장치의 단어 길이가 6의 배수로 설계된 컴퓨터에 적합함. 자료 구조는 존 필드와 디지트 필드로 나뉘어 있으며 하나의 문자를 표현함 EBCDIC 코드 : 한 문자를 8비트로 나타내며 기존의 BCD코드를 8비트로 확장한 코드로 256개의 문자까지 표현가능 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.5 데이터의 표현 한글과 한자 데이터의 표현 완성형(KSC5601) : 한글, 특수문자, 숫자 한글 낱자, 한자, 외국문자 등의 모양을 미리 만들어 놓고 표현하는 코드, 메모리를 많이 차지함, 글자 정렬과 글자체의 모양을 좋게 할 수 있음 조합형 : 현대 한글 음절 11,172개 모두를 표현할 수 있는 방식으로 초성, 중성, 종성을 각각 별도로 처리하여 모든 글자를 조합해서 만들 수 있음 유니코드(UNICODE) : 한글만을 위한 코드 체계가 아닌 전세계 언어를 하나의 코드 체계 안으로 통합하려는 컴퓨터 업체들의 합의에 의해 만들어진 코드임. 2바이트를 사용하여 각 국가의 언어를 표시할 수 있으므로 유니코드를 지원하는 프로그램이면 프로그램 상에서 한글이나 일본어 등에 대한 별도의 처리 없이 자유롭게 볼 수 있음 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

0과 1의 2진수 표현으로 명제의 참, 거짓 전기 신호의 유와 무, 스위치의 ON과 OFF 등을 표현함 2.6 논리 회로 부울 대수 : 영국의 조지 부울이 제창 0과 1의 2진수 표현으로 명제의 참, 거짓 전기 신호의 유와 무, 스위치의 ON과 OFF 등을 표현함 논리합, 논리곱, 논리부정 등 3가지 연산 기호를 사용하여 논리식 표현에 사용됨 논리회로(Logic Circuit) : 부울 대수의 기본 연산인 논리합, 논리곱, 논리부정 등의 연산을 실행하기 위한 회로로서 논리 게이트(Logic Gate)라고도 함 2진 정보를 취급하며 보통 2개 이상의 입력 단자와 하나의 출력단자로 구성됨 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

2.6 논리 회로 주요 논리 회로 제 2장 컴퓨터의 등장과 발전