컴퓨터의 개요 2006년 1학기 컴퓨터의 개념 및 실습 Ver. 1.2

컴퓨터란? 넓은 의미의 컴퓨터 계산능력을 가진 모든 장치 (주판, 계산기, etc) 좁은 의미의 컴퓨터 데이터와 명령어를 입력 받아 저장하며, 이를 처리하여 결과를 출력하는 전자 장치 (Electric Data Processing System) Hardware + Software

컴퓨터의 구성 Hardware 전자장치, 눈으로 보이는 기계 자체를 의미 사람의 몸에 해당 Software 컴퓨터의 동작을 제어하는 명령어의 집합 사람의 두뇌에 해당

Hardware 컴퓨터의 기계적인 특성을 말하는 물리적인 부분 기본 구성 입력 장치 : 키보드, 마우스, 스캐너 사람이 컴퓨터에게 입력하는 정보를 받아들이는 장치 처리 장치 : CPU (Central Processing Unit) 컴퓨터가 계산 및 처리를 위해 사용하는 장치 출력장치 : 스피커, 모니터 컴퓨터의 정보 및 처리 결과를 사람 및 외부 장치로 내보내는 장치

Software 하드웨어를 바탕으로 컴퓨터가 실제로 작동하기 위해 필요한 논리적 구성 요소 시스템 소프트웨어 & 응용 소프트웨어 Hardware System Software Application Software User

Software 시스템 소프트웨어 컴퓨터를 관리하고 이용할 수 있도록 지원하는 프로그램 운영 체제 : DOS, Windows, Unix 프로그래밍 언어 번역기 : 프로그램을 컴퓨터가 이해하는 언어로 번역 응용 소프트웨어 응용 분야에 알맞은 일을 수행하도록 도와주는 소프트웨어 고객 관리 소프트웨어, 문서/동영상 편집기, 작곡 소프트웨어 웹 브라우저

컴퓨터의 특징 정보의 중요성 정보 자체의 중요성보다는 정보를 효율적이고 신속하게 처리할 수 있는 능력이 중요 정보를 효율적으로 관리하는 컴퓨터가 정보화의 핵심 고속 처리 전자 펄스를 이용하여 처리 속도가 nano, pico 단위로 처리 대량 처리 방대한 기억용량(저렴한 기억 매체의 등장) 수년 ~ 반영구적 보존 (매체의 종류에 따라) 자동 처리 프로그램에 따라 사람의 지시 없이 정해진 방법에 따라 데이터를 처리하여 결과를 출력

컴퓨터의 종류

컴퓨터의 종류 데이터 취급 방법에 따른 분류 아날로그 컴퓨터 vs. 디지털 컴퓨터 사용 목적에 따른 분류 전용 컴퓨터 특수한 목적에 사용 초기 군사용이나 공업용에서 소비성 기전제품까지 확대 가격이 저렴하고 특정 처리에 대한 기능성이 높음 범용 컴퓨터 여러 유형의 문제에 사용 공학용, 사무용 등의 실생활에서 쓰이는 컴퓨터

컴퓨터의 종류 일반적 분류(저장 능력, 처리 속도에 따라) 마이크로 컴퓨터(또는 개인용 컴퓨터(PC))(70년대 중반) CPU를 하나의 칩으로 사용하고 I/O는 다른 칩을 사용 성능이 향상되어 대형 컴퓨터의 작업 일부 수행 가능 미니 컴퓨터 저렴한 CPU 제조 기술의 발달로 미니 컴퓨터 등장 60년대 후반기 : DEC 제한된 장치들로 작업을 수행하여 대형 컴퓨터보다 저렴 마이크로 컴퓨터 발달로 위축 대형 컴퓨터(Main Frame) 크고 강력한 컴퓨터(IBM) 수천명의 사용자수용 가능 대기업/은행/정부 기관 등에서 이용

컴퓨터의 종류 슈퍼 컴퓨터 고도의 정밀한 과학 계산 핵 모의 실험, 지질 데이터 분석, 기상 예측 모의 실험 초고가/ 초고성능 딥블루 : RS/6000 기술 사용 체스 경기 화성 탐사선 : 패스파인더에 사용 CRAY가 대표적 컴퓨터 분야 기술 발전을 선도

컴퓨터의 종류 슈퍼컴퓨터(Supercomputer) 가장 강력하고 고가의 컴퓨터 초당 수십억 개의 명령을 실행할 수 있음

컴퓨터의 종류 메인 프레임 (Mainframe) 대형 컴퓨터를 지칭 초당 수백만개의 명령을 실행 은행, 보험 회사, 제조 업체 등에서 많이 사용

컴퓨터의 종류 개인용 컴퓨터(PC: Personal Computer) 마이크로 컴퓨터 저가의 컴퓨터 시스템 성능면에서는 메인 프레임 수준으로 까지 발전

컴퓨터의 종류 노트북 컴퓨터 랩탑 컴퓨터(laptop computer) 휴대 가능한 소형 컴퓨터 성능과 용량면에서 개인용 컴퓨터에 뒤지지 않음

컴퓨터의 종류 펜 기반형 컴퓨터 PDA: Personal Digital Assistant 펜 글씨를 직접 입력으로 받아 들이는 초소형 컴퓨터

컴퓨터의 역사

컴퓨터의 역사 이론적 연구 논리적 모델 : 튜링 머신 제어 장치와 기억 장치로 구성된 가상 장치 논리적 모델 : 튜링 머신 제어 장치와 기억 장치로 구성된 가상 장치 컴퓨터의 작동 방식과 원리를 간단하게 표현 현재까지 나온 컴퓨터로 해결할 수 있는 모든 문제는 튜링 머신으로 해결할 수 있음 기계식 계산기 & 전자식 계산기

Turing Machine (참고) A tape which is divided into cells, one next to the other. Each cell contains a symbol from some finite alphabet. A head that can read and write symbols on the tape and move left and right one step at a time. A state register that stores the state of the Turing machine. An action table (or transition function) that tells the machine what symbol to write, how to move the head and what its new state will be, given the symbol it has just read on the tape and the state it is currently in.

Church’s Thesis (참고) Every 'function which would naturally be regarded as computable' can be computed by a Turing machine

기계식 계산기 톱니 바퀴이용 (손으로 기계조작) 파스칼, 라이프니쯔 등이 발명 사칙 연산 등 수행 파시칼라인(1642) 파스칼 (프) 최초의 기계식 계산기 덧셈, 뺄셈에 사용 톱니바퀴 사용하여 자동 올림 기능 계단식 계산기 라이프니쯔 (독) 톱니바퀴식의 단점 개선 곱셈, 나눗셈 가능

기계식 계산기 Babbage의 계산기 천공카드를 이용하여 자동 계산 및 입출력 톱니, 벨트, 증기기관 이용 해석 엔진 : 계산 수행 및 중도 결과 출력 컴퓨터의 아버지 (아들이 완성), Ada(최초의 프로그래머)

기계식 계산기 Charles Babbage 영국의 수학자, 발명가 Difference engine 설계 (1930년경) Analytical engine 설계 Ada Lovelace 백작 부인, 시인 Lord Byron의 딸 최초의 컴퓨터 프로그래머 Analytical engine의 instruction 개발

기계식 계산기 Hollerith의 컴퓨터 천공카드에서 자료를 읽고 분석하는 기계를 개발 인구조사에 이용 (표준 천공카드(12행 80열) 이용) IBM이라는 컴퓨터 업체탄생(1924)

기계식 계산기 Herman Hollerith Tabulating machine 개발 (1890) 전 미국 인구의 센서스에 6주 걸림 수작업 시 7년 반이 소요 Tabulating Machine Company 설립 (1896) IBM의 전신 Thomas J. Watson, Sr. IBM의 회장 (1924-1956) Mark 1의 개발 지원 (1936) 연구비 1백만 달러 Analytical engine 모델 Harvard 수학 교수 Howard Aiken에 의해 수행

Difference Machine & Tabulating machine

현대의 시작: 디지털 컴퓨터 Mark I : 하버드 대학의 에이컨 2차 세계 대전 무기설계, 탄도 계산에 이용 천공테이프 이용 ABC (1930년대 말) Atanasoff-Berry Computer John V. Atanasoff, Clifford Berry 진공관을 이용한 최초의 전자식 컴퓨터 (법원판결) 기계식에 비해 계산속도를 향상

디지털 컴퓨터 Z1, Z3 Konrad Zuse (독) 2차대전으로 파괴됨 ENIAC (1946) Electronic Numerical Integrator and Calculator John Mauchly, J. Presper Eckert 최초의 전자식 컴퓨터 18000여 개의 진공관으로 된 폭 3m, 높이 3m, 길이 수십 미터, 무게 30여톤 기억 장치 없음 프로그램 교체하기 위하여 수동으로 재조정 성능 저하 : 진공관의 잦은 고장

몇일 동안 여직원이 케이블을 바꿔 연결해야 했다

최초의 컴퓨터 폰 노이만 컴퓨터(1940년대 중반) 내장형 프로그램 : 데이터뿐만 아니라 명령어까지 저장 비효율적이고 번거로운 작동 방법을 해결 컴퓨터의 전자적 특성 그대로 전자의 속도로 연산을 수행가능 현재까지 사용되는 가장 기본적인 모델 프로그램 내장 컴퓨터는 컴퓨터의 실용화에 공헌 EDSAC 영국의 케임브리지 대학 최초의 프로그램 내장 컴퓨터

Von Neumann Architecture (참고) A computer design model that uses a single storage structure to hold both instructions and data

(1) Fetch an instruction from memory (2) Fetch any data required by the instruction from memory (3) Execute the instruction (4) Store results in memory (5) Go back to Step (1)

컴퓨터 시대의 시작 컴퓨터 세대 분류: 전자적 기술의 발달 정도를 기준 1세대 (1951-1958): 진공관 1세대 (1951-1958): 진공관 2세대 (1959-1964): 트랜지스터 3세대 (1965-1970): 집적 회로(IC) 4세대 (1971-현재): 마이크로 프로세서 5세대 (미래): 인공지능 컴퓨터??

제 1 세대 컴퓨터(1951~1958) UNIVAC 최초로 판매한 업무용 컴퓨터(상업용) 진공관을 이용 저장매체 - 자기 드럼 데이터 입출력 : 천공 카드 이진법에 의한 상태 구분만 가능 기계어 : 이해하기 어렵고, 오류 정정에 많은 노력 요구 상징적 언어(symbolic language) 사용 : 기계어로 변환하는 프로그램 필요 고열 발생 에어컨 비용이 기계 값의 상당 부분을 차지

Transistor & Magnetic Cores

제 2 세대 컴퓨터(59~65) Bell Lab에서 개발 트랜지스터 이용 부피: 진공관의 1/200 발열량 거의 없음, 전기 소모량 훨씬 적음, 저렴하고 낮은 고장률 주 기억 매체 자기 코어 : 자기 드럼보다 기억 용량 크고 실제 크기 작음 보조 기억 장치 자기 테이프와 자기 디스크(Direct Access)의 사용 모듈식 하드웨어 구조 블록 단위의 구조 : 고장 난 부위만 교체 가능 입출력 기술 발달 : 인쇄 속도 증가, 오류 자동 탐지 최초의 수퍼 컴퓨터(CDC 6000) 등장 고급 프로그램 언어(FORTRAN, COBOL) 등장 시작 :

제 3 세대 컴퓨터(65~70) IC(집적회로) 등장 소형/저렴/고속 : IBM 360(표준으로 정착) 특징 시분할(Time Sharing) 여러 명이 터미널을 이용하여 동시에 컴퓨터 활용 가능 컴퓨터 자원 활용이 효율적 최초의 미니 컴퓨터(DEC) 통신을 이용한 원격 터미널로 컴퓨터 사용자수 증가 Software 기술 강조 되기 시작 이전에는 Hardware 성능 향상/효율적 이용에만 초점 소프트웨어 산업 출현, 번창 시작 C 언어(3세대 언어) 개발 (from B 언어) 대형 UNIX 운영체제에 사용 ⇒ 개인용 컴퓨터에도 파급

제 4 세대 컴퓨터(71~ ) 고밀도 집적회로 이용 (LSI/VLSI) 마이크로 프로세서 탑재 : Ted Hoff(INTEL) 중앙처리 장치가 하나의 칩 안에 (손가락 크기) Apple(1977) : Macintosh(1984) : GUI (Mouse) IBM PC(1981) => PS/2(1987) Lap top Microsoft : DOS, Basic 수퍼 컴퓨터의 본격화 5000억 개의 회로를 하나의 칩에 내장하여 복잡하고 거대한 데이터 처리(핵 연구, 에너지 관리, 항공기 관리 등) 4GL(Fourth Generation Language) “어떻게”보다 “무엇을”에 초점, 영어와 구조가 유사하여 이해 용이 컴퓨터의 자원을 많이 요구

Personal Computer 최초의 PC MITS Altair (1975): 최초의 개인용 컴퓨터 Apple 컴퓨터 (1977) 상업용 제품 Steve Jobs, Steve Wozniak IBM PC 표준 IBM PC의 출현 (1981) 화면 (행 당 80문자), 키보드(대문자 지원) 메모리 추가 가능, 확장 슬롯 IBM Clone: 타 업체에서 제조된 IBM PC 호환 컴퓨터

Personal Computer Microsoft의 성장 IBM PC에 MS-DOS를 공급하면서 급 성장 현재 Window 시리즈 공급 소프트웨어 업계의 선두 주자 워드 프로세싱, 스프레드쉬트, 데이터베이스, 그래픽, 통신, 멀티미디어 등 수많은 응용 제품 보급