안녕하세요? 저는 지금 컴퓨터로 이 글을 작성하고있고, 여러분은 컴퓨터로 이글을 읽고 계실겁니다. 컴퓨터가 아니라 모바일로 보고 계시다구요? 그럼 저희 컴퓨터의 종류부터 보고 가도록 하겠습니다.

컴퓨터의 종류로는 데스크탑컴퓨터(Desktop), 노트북컴퓨터(Notebook), 테블릿컴퓨터(Tablet Computer), 스마트폰(Smart phone), 스마트워치(Smart watch)를 비롯한 웨어러블 디바이스, 닌텐도와같은 게임기, 전기밥솥이나 엘레베이터와 같은 임베디드 시스템(Embedded System), 일부 가전제품 및 기업의 장비 등이 있습니다.

우리는 수많은 종류의 컴퓨터들이 자리잡고 있는 세상에 살고 있습니다.
갑자기 컴퓨터들이 한번에 모두 꺼져버린다면 어떤일이 일어날까요?
아마 제 생각에는 온 세상이 멈출 것이라 예상됩니다.
이 수많은 컴퓨터들이 어디서부터 어떻게 생겨나서 우리의 삶 속에 편리한 기능을 자랑하며 자연스럽게 스며들어 함께 살아가는걸까요?

컴퓨터(Computer)의 정의

이진법을 이용하여 논리 연산, 저장을 수행하는 전자 기계.
compute + (-er), '계산자', '계산수'라는 뜻이다.

우리가 주로 컴퓨터로 하던것은 쇼핑이나, 게임, 공부, 정보탐색 등이 대부분이었을텐데요, 컴퓨터가 논리연산을 수행하는 '계산기'라니 이게 무슨소리인가 싶으실겁니다.
하지만, 역사를 돌이켜보면 '아~ 이래서 계산기라고 하는구나' 하시며 무릎을 탁 치실겁니다.

계산기의 역사

우선, 컴퓨터가 계산기라니까 간단히 계산기의 역사부터 살펴보도록 하겠습니다.

1. 주판(기원전 2500년경)

컴퓨터가 만들어지기 한참 전인 기원전 2500년경 메소포타미아에서 발명된 '주판'은 많은 숫자의 덧셈과 뺄셈을 도와주는 손으로 하는 계산기입니다.
주판은 마치 우리들이 컴퓨터 하드디스크에 숫자를 저장하는 것과 같이 현재 계산의 상태를 기록합니다.
옛날의 그 시절에는 기록할 종이나 볼펜도 없었고, 동굴벽에 하루종일 돌로 마킹하며 기록하기에는 점점 커져가는 규모의 사회인원과 자원을 개개인이 기억하거나 다루는 것이 어려워졌기 때문에 만들어지게 되었다고 합니다.

2. 아스트롤라베(고대그리스시대)

아스트롤라베는 고대그리스시대에 발명된 천문 관측 장치입니다. 배가 바다위에서 그들이 있는 위도를 계산할 수 있도록 도와줬습니다.

3. 계산자(1620년경)

계산자(slide rule)는 '윌리엄 오트레드'라는 사람이 발명했습니다.
곱셈과 나눗셈을 할 때 도움을 주었습니다.

4. 각종시계

창경궁 자격루 ↑

그리고 또 사람들은 계산에 사용할 수 있는 수백가지 유형의 시계들을 개발했습니다.
이 시계들로 일출과 일몰, 밀물과 썰물, 천체, 시간을 계산할 수 있었습니다.
우리나라에도 문화유산중에 물시계, 해시계 등이 있죠?

이 모든 장치들은 기존에 계산하기 힘든 것들을 더욱 더 빠르고 쉽게 자주, 정확하게 계산할 수 있게 했고, 우리가 보고 있는 이 화면도 탄생할 수 있게 된것입니다!

컴퓨터의 역사

물리학의 발전에 따라 인간 'Computer'들을 일하게 하다.

뉴턴 이후 물리학에 수학적 기법이 도입되면서 탄도학, 천체물리학 등 물리학 연구에 엄청나게 많은 수학적 계산이 필요했다고 합니다. 그래서 학자들은 단순 계산을 위한 계산원들을 고용해 쓰기 시작했고, 이 계산원들을 계산을 하는사람 이라는 뜻으로 'Computer'라고 불렀다고 합니다.
이 직업의 명칭은 컴퓨터라는 의미가 기계로 옮겨진 1800년 후반까지 사용되었습니다.

인간, 전자에게 컴퓨터라는 이름을 빼앗기다.

그렇게 과학기술이 발전하고 산업혁명도 일어나면서 계산과정도 더욱 복잡해지고 다양해졌으며, 그 결과 인간컴퓨터는 한계를 드러냈다고 합니다. 이에 인간컴퓨터처럼 계산작업을 하는 전자장비를 발명하고, 이 전자컴퓨터가 발전하게 되면서 인간컴퓨터가 사라지고 전자컴퓨터가 컴퓨터의 이름을 계승해 컴퓨터라는 단어는 전자컴퓨터라는 뜻으로 사용됩니다.

전자컴퓨터의 대표자 'Step Reckoner calculator'

전자컴퓨터 중 주목할만한 컴퓨터인 'Stepped Reckoner calculator'가 있습니다. 이 장치는 여러 종류의 기어를 가지고 있으며 각각의 기어는 10개의 톱니를 가지고 있습니다.
하나의 기어가 9를 지나가면 그것은 0으로 다시 되돌아가며 인접한 기어를 한단계 진행시켰죠, 마치 주판이 1에서 9를지나, 10으로 진행시킨것과 같은것입니다.
'step reckoner'계산기로는 덧셈과 뺄셈은 물론, 곱셈과 나눗셈과같은 연산을 자동으로 할 수 있습니다. 그리고 이 설계는 너무나도 성공적이여서 이후 약 300년동안 이 계산기를 사용했습니다.
하지만 이 수작업 기계는 너무 비쌌고, 대부분의 사람들은 구하기 힘들었습니다.
그리고 하나의 결과를 얻기 위해서는 몇 시간이 걸리고 며칠이 걸렸습니다.

전쟁, 그리고 컴퓨터

우리 지구는 지난 몇 세기동안 세계대전이 발발하던 전쟁의 시기가 있었습니다.
특히 군대에서는 정확한 지점에 정확한속도로 포탄의 포격 위치를 맞추는 것은 굉장히 어려운 문제였습니다. 어느정도였냐면 커다란 배도 맞추기 힘들었다고 합니다.
그 와중에 밑에 첨부한 'Range Table'을 가지고 사격수가 어느 지점에서 어떻게 사격을 해야하는지 알 수 있게 되었고, 이 'Range Table'은 세계2차대전동안 꽤 효과적으로 쓰였다고합니다.

Range Table↑

하지만 캐논이나 포탄의 설계를 변경하게 되면 다시 계산해서 Table을 다시 작성해야 했습니다. 전쟁통에는 계산할 시간이 부족했습니다.

'프로그램이 가능한 컴퓨터'개념의 시초자인 찰스 배비지(Charles Babbage)는 이 문제를 인지하고 1822년에 "The Royal Astronomical Society"에 "천문학 그리고 수학적으로 계산된 표를 기계에 적용할 때 참고사항" 이라는 글을 기고했습니다.

컴퓨터의 아버지 '찰스 베비지(Charles Babbage)'

Charles Babbage는 "Difference Engine"이라 불리우는 새로운 기계장치를 제안했습니다. 이 기계는 다항식을 계산할 수 있는 더욱 더 복잡한 기계였습니다. 손으로는 계산하기 힘든 여러가지 삼각함수, 대수 등을 계산하는 데 사용할 수 있었습니다.
Charles Babbage가 1823년부터 20년의 연구를 했지만, 이 프로젝트는 무산되고 맙니다.
하지만, 1991년에 Babbage가 설계하고 만든 "Difference Engine"의 개발을 마쳤고, 그것은 잘 작동되었습니다.

그러나 Charles Babbage가 "Difference Engine"을 연구하는 동안 "분석 엔진"이라는 더욱 더 복잡한 기계를 생각했습니다.
"분석엔진"은 범용적으로 사용가능한 컴퓨터였습니다. 지금 우리가 사용하는 컴퓨터처럼 데이터를 받을 수 있었고, 순차적으로 작동이 가능했습니다. 심지어 기억장치와 원시적인 프린터도 가지고 있었습니다.
하지만 "Difference Engine"과 같이 시대를 앞서있었고, 완성되지 못했습니다.

이 "분석엔진"은 자동화된 작업, 컴퓨터 프로그램으로 나아갈 수 있는 가이드 역할을 해주었습니다.

그렇게 Charles Babbage는 '컴퓨터의 아버지'라고 불리우게 되었습니다.

1880년, 미국의 인구조사

1880년대의 미국은 미국재건(Reconstruction)이 시작되어 산업화가 진전되었습니다. 인구증가와 산업 성장이 이루어졌고 19세기가 끝날 무렵까지 미국은 새로운 기술에 따라 세계 선진 공업국으로 앞서나갔으며, 철도망을 갖추고 풍부한 천연자원을 사용하여 제2차 산업 혁명의 선구자가 되었습니다.
그러면서 자연스레 이민자도 많아지면서 인구가 더욱 더 많아지게 되었습니다.
인구조사를 7년동안 통계를 내어 결국 완성시켰지만 이미 유효기간을 넘겨버렸습니다.
1890년 인구조사를 마치는데 예상한 기간은 13년이었습니다. 이것은 매 10년마다 돌아오는 작은 문제였다고 합니다.

인구조사부는 "tabulating machine"을 발명한 통계학자 허먼 홀러리스(Herman Hollerith)에게 연구를 맡겼습니다.

그가 개발한 "elctro-mechanical(전기기계)"라는 기계는 수를 저장할 때 Leibniz의 "Step Reckoner"처럼 전통적인 계산시스템을 사용했다고 합니다.
허먼 홀러리스(Herman Hollerith)의 기계는 격자무늬가 있는 펀치카드를 사용했습니다.

펀치를 뚫으면 데이터를 나타낼 수 있었습니다. 거기에 여자인지 남자인지, 결혼상태인지 미혼상태인지 등을 나타낼 수 있었습니다.
그렇게 펀치카드를 기계에 넣었을 때 자리에 구멍이 뚫려있다면 작은 금속 핀이 카드에 내려오게 되고, 핀은 종이에 있는 구멍을 통과합니다.
그 회로가 완성되면 완성된회로가 전기모터를 움직여 데이터를 추가합니다.

허먼 홀러리스(Herman Hollerith)의 기계는 굉장히 빨랐습니다.
인구조사는 2년 6개월만에 끝낼 수 있었고, 인구조사부는 수백만 달러를 절약할 수 있었습니다.

성공적인 인구조사로 사업자들이 컴퓨터의 가치를 인식하기 시작하다.

허먼 홀러리스(Herman Hollerith)의 "elcetro-mechanical(전기기계)"덕분에 수백만 달러를 절약할 수 있었다는 이야기를 듣고 사업자들이 회계, 보험 평가 및 재고관리와 같은 노동과 데이터 집약적인 업무를 개선하는 데에서 허먼 홀러리스(Herman Hollerith)에게 의뢰요청을 해왔습니다.
이들의 요구로 인해 Hollerithsms "The Tabulating Machine Company"를 설립하였고, 이후 "IBM"이라고 불리우는 "The International Business Machines Corporation"기업이 되었습니다. 윈텔(Window+intel)로 대표되는 거대 컴퓨터 시장중 한 일면을 대표하는 회사로, 여러분도 한번쯤 들어보셨을겁니다.

수동으로 이루어지던 작업들의 자동화가 이루어지다.

20세기 중반, 수동으로 이루어지던 작업을 기계가 자동화하고 대신해주면서 거대한 이익과 함께 사회발전이 이루어졌고, 인구 수는 20세기 초반에 비해 대략 2배가 되었습니다. 이전에 없던 세계 무역 및 운송을 시작했고, 인간은 세계를 넘어 우주라는 영역까지 호기심에 눈독들였습니다.
궁극적으로, 데이터의 폭발적인 증가로 집합자동화와 계산의 필요성을 증가시켰습니다.
이렇게 사물함 사이즈의 전기식 기계 컴퓨터가 탄생하기 시작합니다. 유지하기에는 굉장히 비용이 많이들었고, 에러를 해결하기에도 어려웠습니다.

컴퓨터에서 '버그(Bug)걸렸다'가 진짜 '곤충(Bug)'이었다.

ENIAC(The Electronic Numerical Integrator And Calculator) ↑

당시의 수많은 전기식 기계 컴퓨터들은 기술자들만이 이 기계와 씨름해야 하는것은 아니었습니다. 이 크고 어둡고 따뜻한 기계는 곤충을 끌어들였습니다.
1947년 11월에, 'Havard Mark II'의 운영자는 고장난 계전기에서 죽은 나방을 꺼냈습니다. 그때부터 컴퓨터에 문제가 생겼다면 우리는 "버그가 있다"라고 했습니다.

당시 고장난 계전기의 원인이었던 나방 ↑

컴퓨터의 '버그(Bug)'라는 말은 이렇게 생겨났습니다.

프로그래밍이 가능한 진공관 컴퓨터가 생겨나다.

컴퓨팅이 더 발전하기 위해서는 1초에 3개의 덧셈이나 뺄셈을 할수 있었고, 곱셈은 6초가 걸렸으며, 나눗셈은 15초가 걸렸던 전기식 기계 컴퓨터보다 더 빠르고 신뢰할 수 있는 컴퓨터가 필요했습니다.

1904년도에 영국 물리학자인 'John Amborse Fleming'은 새로운 전기구성 요소를 발명했습니다. '열 이온 밸브' 라고 하는 것인데, 밀폐 된 유리 전구 안에 두개의 전극을 가둔 것입니다. 이것이 최초의 진공관입니다.

진공관은 양극(+)일 때만 작동했고, 중성이거나 음극(-)일 때는 작동하지 않았습니다. 이때 필요로 했던것은 원할때 흐름을 끊고, 다시 켤 수 있는 '스위치'를 필요로 했습니다.
1906년에 미국의 발명가인 'Lee de Forest'가 진공관에 양극(+), 음극(-), 그리고 제어선 을 추가한 진공관을 발명했습니다.
제어선을 조작하면서 회로를 열거나 닫을 수 있었습니다. 이건 1초에 수천번을 전환할 수 있었습니다. 이 진공관은 라이도, 장거리 전화 등 많은 전기기계들의 기본이 되었습니다.
하지만 진공관은 부서지기 쉬웠고, 전구처럼 고장이 났습니다. 그래도 전기 계전기보다는 크나큰 발전이었습니다.
이 진공관은 라디오에는 하나만 사용했지만 컴퓨터는 수백개 또는 수천개가 필요했습니다. 그래서 최소한 정부와 같이 재력을 지닌 사람들에게만 컴퓨터에 진공관을 사용했습니다.

최초로 진공관이 큰 규모의 컴퓨팅에 사용된 것은 "Colossus MK 1"이라는 컴퓨터였습니다. 이 기계는 1943년 12월에 완성되었고, 나치 통신 해독을 위해 만들어졌습니다. 코드를 해독하기 위해 이 큰 컴퓨터는 10개가 만들어졌고, 최초로 프로그래밍이 가능한 전자 컴퓨터로 여겨집니다.

범용으로 프로그래밍이 가능했던 애니악(ENIAC)

위에 대형컴퓨터의 예시 사진으로 첨부했던 애니악(The Electronic Numerical Integrator And Calculator, ENIAC)은 펜실베니아 대학에서 1946년에 완성되었습니다. 'John Mauchly'와 'J.Presper Eckert)에 의해 개발된 이 컴퓨터는 최초로 범용으로 프로그래밍이 가능한 전자식 컴퓨터 였습니다. 애니악은 1초당 5000자리 숫자의 덧셈과 뺄셈을 할 수 있었고, 이전에 나온 기계들보다 훨씬 빨랐습니다.
애니악은 10년동안 작동되었는데 그동안 인류가 할 수 있는 계산들보다 훨씬 더 많이했다고 전해집니다.

진공관의 한계와 트랜지스터

1950년대에는 진공관으로 설계된 컴퓨팅조차 한계에 다다랐고, 속도와 안정성을 개선하고 가격과 크기를 줄이기 위해 급진적인 전자 스위치가 필요했습니다. 1947년에 벨 연구소 과학자 'John Bardeenrhk Walter Brattain', 'William Shokley'는 트랜지스터(Transistor)를 발명했습니다. 트랜지스터의 스위치는 제어전선을 통한 전력공급으로 열거나 닫을 수 있었습니다.
유리로 만들어져 깨지기 쉽고 조심스레 매달린 진공관과 달리, 트랜지스터는 고체 상태의 고형물질로 만들어졌기 때문에 굉장히 조그맣고 튼튼했습니다.

트랜지스터로 만들어진 컴퓨터

1957년 출시된 트랜지스터 컴퓨터인 "IBM 608"은 3000개의 트랜지스터를 포함하고, 1초당 4500회의 덧셈과 대략 80개의 곱셈 또는 나눗셈을 할 수 있었습니다.

IBM은 이후 컴퓨팅 제품들을 모두 트랜지스터로 전환했고, 소형컴퓨터를 컴퓨터를 사무실 또는 집에 도입했습니다.

오늘날의 컴퓨터와 실리콘밸리

오늘날, 컴퓨터는 50나노미터 크기보다 작은 트랜지스터를 사용합니다. 1초에 수백만번의 상태를 전환하고, 수십년동안 작동할 수 있습니다.
많은 트랜지스터와 반도체들의 개발이 캘리포니아의 샌프란시스코와 샌조스 사이의 Santa Clara Valley에서 이루어졌고, 곧 이 지역이 'Silicon valley'라고 알려집니다.

마치며

우리의 일상속에 자리잡고 있는 컴퓨터들이 어떻게 만들어졌고, 어떻게 발전해왔는지 감이 좀 잡히시나요? 저도 공부하면서 정리를 해본건데 포스팅 하는동안 이런저런 자료들 찾아보면서 마치 타임머신 여행을 하고 온 느낌이 듭니다! 내 앞에 있는 컴퓨터가 문득 멋져보이기도 하고요!
지금까지의 발전도 너무 멋있었지만 앞으로의 컴퓨터의 발전도 너무 기대가 되고 두근거립니다.

출처

Youtube Computer Science
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