하드웨어?

• 컴퓨팅에서 형체가 있고 눈에 보이는 부분

  • 직접 보고 조작할 수 있는 기기나 장비

• 컴퓨터

  • 산술 작업을 수작업으로 하는 것을 개선하기 위해 기계적으로 처리하는 장치를 개발하던 것을 계기로 유래

Computer

컴퓨터는 적어도 두 가지 측면에서 살펴볼 수 있다

• 논리적 구성(또는 기능적 구성)
  • 컴퓨터가 어떤 부분들로 이루어져 있고 무슨 일을 하며 어떻게 연결되는지에 주목
• 물리적 구조
  • 각 부분이 어떻게 생겼고 어떻게 만들어지는지 나타냄
    
    
• 컴퓨터와 휴대전화나 태블릿 PC의 경우 마우스, 키보드, 디스플레이가 화면이라는 하나의 구성 요소로 합쳐지는 점과 물리적 위치를 알기 위한 나침반, 가속도계, GPS 수신기 같은 숨은 구성 요소가 추가된다는 점 말고는 유사
  
  
• 추상화, abstraction되어 있다
  • 물리적인 구현의 세부 사항을 숨긴다
  • 물리적인 구현을 알지 못해도 논리적으로 사용함에 큰 문제가 없다
  • ex) File System, Drive라는 하드웨어가 구현되는 세부사항은 모르되 이를 합작하여 조직화되어 있는 계층 구조인 트리를 우리가 사용하는 것처럼
    
    
• 폰 노이만 아키텍처 - von Neumann architecture
  • 프로세서, 명령어와 데이터를 담는 메모리와 저장 장치, 입력과 출력 장치가 있는 기본 구조
• 러다이트 운동 - Luddite movemoent
  • 영국에서 일어난 기계화에 반대하는 폭력 시위
  • ex) 직물 생산에 필요한 노동력을 대체하는 기계가 등장하자, 방직공들은 일자리를 잃게 되었다
    
    
• IBM(International Business Machines)의 인구 조사 관련 기계 발명으로부터 유래
• 초기에 컴퓨터는 기계 부품에 의존
  • 20세기에 들어 전자 기술이 발전하면서 기계 부품에 의존하지 않는 컴퓨터를 구상할 수 있게 됐다
  • ex)
    • ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)
      • 명령어를 데이터가 있는 메모리에 저장 X
    • EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator)
      • 명령어와 데이터를 같은 형태로 저장
  • 초기 전자식 컴퓨터는 컴퓨팅 부품으로 진공관을 사용
    • 비싸고 내구성이 약한데 부피가 크고 전력을 많이 소모
  • 트랜지스터가 발명과 직접회로의 발명으로 현대 컴퓨팅 시대가 본격적으로 시작
    
    
• 컴퓨터의 기본 아키텍처, 즉 각 부분이 어떤 것이고 무슨 일을 하고 어떻게 서로 연결되어 있는지는 1940년대 이후로 바뀌지 않았다
  • 어딘가에 위치한 데이터 센터에 존재하는 컴퓨터와 일상적으로 상호작용한다
  • 컴퓨터를 사용해 쇼핑하고 검색하고 친구와 대화화지만, 컴퓨터가 어디에 있는지 신경 쓰기는 커녕 굳이 컴퓨터로 인식하지도 않는다
  • 단지 클라우드 '어딘가'에 있을 뿐
    
    
• 오늘 날 디지털 컴퓨터, 최초의 PC, 물리적으로 훨씬 더 크지만 성능은 낮았던 원조 컴퓨터, 도처에 존재하는 휴대전화, 스마트 기기, 클라우드 컴퓨팅을 제공하는 서버의 논리적 속성 또는 기능적 속성은 모두 같다는 사실
  • 속도와 저장 용량 같은 실질직인 측면을 무시하면 이 모든 기기가 똑같은 것을 계산할 수 있다
  • 하드웨어 성능의 향상은 우리가 현실적으로 무엇을 계산할 수 있는지에는 큰 영향을 미치지만, 이론상 계산 가능한 것에는 놀랍게도 어떤 근본적인 변화도 일으키지 않는다

발전 과정

1. 최초의 컴퓨터는 탄도 계산,무기 설계, 기타 과학이나 공학용 연산에 적합한 고속 계산 장치
   
   
2. 이후 급여 계산, 송장 생성 등의 사무 데이터 처리 같은 용도로 사용
   
   
3. 점차 저장 장치가 더 저렴해짐에 따라 급여와 청구 금액을 계산하는데 필요한 정보를 기록하는 데이터베이스 관리 목적으로 사용
   
   
4. 인터넷의 등장으로 컴퓨터는 통신 장치가 되었고, 메일, 웹, SNS 기능을 제공
   
   
   

Processor, 프로세서

• 컴퓨터의 두뇌에 해당

• 산술 연산, 데이터의 이동, 다른 구성 요소의 작업을 제어

• 산술 연산의 경우 래퍼터리는 한정되어 있지만 눈부실 정도로 빠르게 연산을 수행

• 기존 계산 결과를 바탕으로 다음에 수행할 연산을 결정할 수 있어 사용자가 일일이 개입할 필요 없이 상당히 독립적으로 작동

• intel에서 말하는 core와 동일어

• Hz, 1초에 수행할 수 있는 연산이나 명령어의 개수를 어림잡아 측정

  • 기본 연산을 단계별로 수행하기 위해 내부 clock을 사용
  • 독일의 공학자 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)의 이름을 땀
    - 전자기파 만드는 방법을 발견, 무선 시스템이 개발되는 발판을 마련
    
    
    

Primary Memory, 주기억 장치

• 프로세서가 현재 작업 중인 데이터뿐만 아니라 프로세서가 그 데이터로 무엇을 해야 하는지 알려 주는 명령어도 저장

• 메모리에 다른 명령어를 로드(적재)하여 프로세서가 다른 계산을 수행하게 할 수 있다

  • 이러한 원리로 프로그램 내장식(stored-program) 컴퓨터는 범용 장치가 된다
  • 같은 컴퓨터로 여러 가지 종류의 활동을 할 수 있는 것은 적합한 명령어를 메모리에 배치함으로써 가능해진다

• 컴퓨터가 실행되는 동안 정보를 저장할 장소를 제공

• 현재 활성화된 프로그램의 명령어를 저장

• 아울러 프로그램에서 사용되는 데이터도 저장

• 운영체제 명령어도 저장

• RAM - 임의 접근 메모리

  • 프로세서가 정보에 접근할 때 메모리에 저장된 위치와 무관하게 같은 속도로 접근할 수 있기 때문
  • 과거처럼 순차적 접근(sequential access)할 필요 X
    • ex) 비디오 테이프 빨리 감기와 같이 처음부터 목적지에 도달해야하는 경우

• 대부분의 메모리는 휘발성(volatile)

• 저장을 생활화 해야한다

• 용량 고정

• 대게 메모리 용량 클수록 컴퓨팅 속도 빠르다

  • 메모리가 작으면 동시에 여러 프로그램을 실행하기에 용량이 충분하지 않고, 비활성화된 프로그램의 일부를 옮겨 새로운 작업을 위한 공간을 만드는 데 시간이 걸리기 때문
    
    
    

Secondary Storage(보조 기억 장치)

• 주 기억 장치의 경우 정보 저장 용량이 한정적인 데다 전원이 꺼지면 내용이 사라져 버리는데 이를 보완, 전원이 꺼져 있을 때도 정보를 유지

• 종류

  • 자기 디스크
    - 메모리보다 많은 정보를 저장

    - 휘발성을 띠지 않아 드라이브에 저장된 정보는 전력 공급이 없더라도 유지 
    - 데이터, 명령어, 다른 모든 정보는 보조 기억 장치에 장기간 저장되고, 주 기억 장치로는 일시적으로만 옮겨짐
    - 회전하는 금속 표면에 있는 자성 물질의 미세한 영역이 자성을 띠는 방향을 설정하여 정보를 저장
    - 종류
      - 하드 디스크(hard disk) 또는 하드 드라이브(hard drive)
      - SSD(Solid State Drive)
        - 회전하는 기계 장치 대신 `플래시 메모리(flash memory)` 사용
        - 플래시 메모리(flash memory)
          - 비휘발성
          - 기존의 디스크 저장 장치보다 더 빠르고 가볍고 안정적
          - 더 단단해 고장 가능성 낮으며, 전력을 적게 사용해 휴대전화, 카메라 같은 제품에도 사용

    
    
    

USB(Universal Serial Bus)

• 범용 직렬 버스

Transistor

• 회로 소자에서 가장 핵심적인 부분

• 컴퓨터에서 트랜지스터는 기본적으로 스위치 역할

• 논리 게이트는 직접회로(IC, Integrated Circuits)상에서 만들어짐

  • 직접회로
    • 흔히 칩(chip) 또는 마이크로칩(microchip)이라고 한다
      • 원형 웨이퍼(wafer)상에서 한꺼번에 제조
      • 웨이퍼는 잘려서 각 칩으로 나뉘고, 칩은 하니씩 패키징된다
        
        
    • 모든 소자와 배선이 단일 평면 위에 들어가 있는데, 이는 개별 부품과 재래식 전선이 없는 회로를 만들기 위해 일련의 복잡한 광학적, 화학적 공정을 거쳐 제조된 것
      • 때문에 직접회로는 개별 부품으로 만들어진 회로보다 훨씬 작고 견고
        
        
    • 직접회로는 실리콘(규소) 기반으로 만들어진다는 점에 착안해서 직접회로 사업이 처음으로 시작된 캘리포니아 샌프란시스코 남부 지역에 실리콘 벨리(Sillicon Valley)라는 별명이 붙었다
      • 첨단 기술 회사를 일컫는 약칭이며 수십 곳의 추종 지역에 실리콘이라는 이름이 붙고 있다
        • ex) 뉴욕 실리콘앨리(Silicon Alley), 영국 케임브리지에 실리콘펜(Silicon Fen)

Moore's Law - 무어의 법칙

• 고든 무어 - Gordon Moore

  • 인텔의 공동 창립자이자 오랫동안 최고 경영자(CEO)로 재임
    
    

• 기술이 향상됨에 따라 일정한 크기의 직접회로에 들어갈 수 있는 트랜지스터의 수가 매년 대략 두배가 된다고 관측

  • 나중에 이 비율을 2년마다 두배로 수정했으며 어떤 이는 18개월마다 두 배로 잡았다
    • 이는 적어도 2년마다 컴퓨팅 성능이 두 배로 증가한다는 것을 의미
  • 하지만 현재는 칩의 속도가 너무 빨라져 열을 너무 많이 발생시키기 때문에 프로세서 속도가 예전만큼 2년마다 두 배가 되지는 않는다
    
    

• 프로세서 칩 하나에 프로세서 코어를 두 개 이상 배치함으로써 더 많은 트랜지스터를 활용

  • 개별 코어의 실행 속도가 빨라진다기보다는 장착 가능한 코어의 개수가 늘면서 성능이 향상된다고 볼 수 있다
    
    

• 메모리 용량의 경우 계속해서 증가하고 있다
  
  

• 자연의 법칙이 아닌 반도체 산업에서 목표를 설정하기 위한 일종의 가이드라인

• 직접회로의 설계와 제조는 극도로 정교한 기술이 필요한 사업이며 경쟁도 매우 치열

  • 제조 공정(팹 라인 - fabrication line)도 비용이 많이 듬
    
    
    

Analog and Digital, 표현방식

• 컴퓨터는 디지털 처리 장치이다

  • 정보를 비트로 표현

  • 비트는 모여서 더 큰 정보를 표현

  • 숫자, 문자, 단어, 이름, 소리, 사진, 영화부터 이러한 정보를 처리하는 프로그램을 구성하는 명령어에 이르기까지 모두 비트가 모여 표현

Analog

• 유사하다는 뜻의 analogous와 어원이 같고, 다른 어떤 것이 변함에 따라 연속적으로 변하는 값이라는 개념을 전달하는 단어

• 점토판, 석각, 양피지, 종이, 사진 필름 같은 기존 매체는 디지털 형태가 아마도 버티기 어려운 방식으로 세월의 시험을 견뎌 왔다

Digital

• 불연속적인 값을 다룬다

• 디지털 데이터가 다루기 쉽다

  • 기존 출처와는 무관하게 다양한 방식으로 저장되고, 전송되고, 처리될 수 있다

Analog -> Digital

• 카메라
  • 아날로그 카메라
    • 피사체에서 오는 빛에 노출하여 영상을 만들어냄
    • 영역마다 서로 다른 색의 빛을 각기 다른 양으로 받아들이고, 받아들인 빛은 필름 내 염료에 영향을 미침
      
      
  • 디지털 카메라
    • 렌즈가 적색, 녹색, 청색 필터 뒤에 놓인 미세한 광검출 소자의 직사각형 배열에 영상의 초점을 맞춤
    • 각 검출 소자는 소자에 들어오는 빛의 양에 비례하는 양으로 전하를 저장
      • 검출 소자는 R, G, B 3가지 요소로 빛의 양을 측정하게끔 구성
      • 각 요소는 화소(picture element)라는 뜻에서 픽셀(pixel)이라고 한다
    • 저장된 전하는 수치로 변환
    • 사진의 디지털 표현은 이렇게 계산되어 빛의 강도를 나타내는 수를 배열한 것
      • 검출 소자가 더 많고 전하가 더 정밀하게 측정될수록 디지털화된 영상은 피사체 원형을 더 정확하게 담아냄
• 음향
  • 토머스 에디슨 - Thomas Edison의 축음기
    • 양초보다 단단한 원기둥 모양의 밀랍인 왁스 실린더에 변동을 가느다란 홈의 패턴으로 변환하고 나중에 이 패턴을 이용해 기압 변동을 재현할 수 있는 것
    • 여기서 홈의 패턴으로 변환하는 과정을 녹음이라 하고 패턴을 기압 변동으로 변환하는 과정을 재생이라고 한다
      
      
  • LP
    • 시간에 따른 음압의 변화를 패턴으로 새긴 나선형의 홈이 있는 비닐 원판
    • 가는 바늘이 홈의 패턴을 따라가고 그 움직임은 값이 변동하는 전류로 변환
      • 이 전류는 증폭되어 스피커나 이어폰처럼 표면을 진동시켜 소리를 만들어 내는 장치를 구동하는데 이용
        
        
  • CD
    • 트랙을 따라 나 있는 각 점들은 표면이 평평하거나 미세하게 파여있는데 이는 파장의 수치를 인코딩하는데 사용된다
    • 각 점은 단일 비트이고, 일련의 비트가 모여 이진 인코딩의 수치를 표현
    • DVD의 경우 CD보다 저장할 수 있는 파장의 길이가 더 짧고 용량이 적다
  • 여러 압축 기술
    • MPE(MPEG Audio Layer 3)
    • AAC(Advanced Audio Coding)
    • JPEG(Joint Photographic Experts Group)
      
      
• 영화
  • 옛날 영화는 12프레임만 사용하여 눈에 띌 정도의 깜박거림(filcker)이 있었다
    • Netflix와 같이 이름에 흔적이 남아 있다
  • MPEG(Moving Picture Experts Group)
    
    
• 텍스트
  • 실제 언어를 숫자로 일대일 대치
  • 아스키코드 - ASCII(American Standard Code for Information Intercharge)
  • 유니코드 - Unicode
    - 전세계적으로 사용되는 단일 표준
    
    
    
    

Network effect

• 사람들이 특정 무언가를 많이 쓸수록 나에게도 무언가의 효용이 더 커지며, 그 효과는 사용자의 수에 대략 비례

• 특정 상품에 대한 어떤 사람의 수요가 다른 사람들의 수요에 의해 영향을 받는 효과

  • ex) 무조건적으로 성능이 좋지 않아도 많은 사람들이 사용하면 사용하게끔 되는 현상