[항해99] 비트를 처리하기 위한 하드웨어

정선모·2022년 1월 30일
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CS

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릴레이

  • 전기가 발명된지 얼마 되지 않아서 컴퓨터에 필요한 동력으로 공급되기 시작하였습니다.

  • 전자석(elctromagnet)
    • 전자석으로 수도밸브를 제어할 수 있고, 자동 스프링클러 시스템을 작동시킬수 있습니다.
    • 발전기의 원리
      • 선으로 만든 코일 주변에서 자석을 움직이면 전기가 생기고, 이것이 발전기의 작동원리입니다.
  • 역 기전력(back_EMF, Back electromotive force)
    • 자석에 공급되는 전기를 끄는 것과 코일 근처에서 자석을 아주 빠르게 움직이는것이 동등한 작용을 합니다. 이것을 역 기전력 이라고 합니다.
  • 플레밍의 왼손 / 오른손 법칙
    • 왼손 법칙 : 자기장 B 내에서 전류 I 가 흐르면 힘 F 가 발생한다. (모터의 원리)

    • 오른손 법칙 : 자기장 B 내에서 도체를 힘 F 방향으로 움직이면 전류 I 가 발생한다. (발전기의 원리)

  • 릴레이
    • 계전기 라고도 부릅니다.
    • 아래 그림의 등은 두 선에 의해서 전기를 공급받고 불이 켜집니다.
  • 평상시 열린 릴레이(normally open relay)

  • 평상시 닫힌 릴레이(nomally closed relay)

- 이와 같이 릴레이는 작은 전기나 서로 다른 전기로, 다른 전기나 보다 큰전기를 붙였다 떼었다 하여 컨트롤 할 수 있습니다.
  • 릴레이를 사용한 인버터(inverter)

  • 코일을 2개만 사용하는 단극십투, 스테퍼 릴레이(stepper relay)가 있습니다.
  • 버그 - 1947년 하버드 마크2에 발생한 오류를 추적하다 릴레이에 낀 나방을 발견하여 버그라는 단어가 유명해졌다고 합니다.
  • 하버드 마크2 Howard Aiken 의 지시에 따라 제작 된 전자 기계 컴퓨터로 1947 년에 완성되었습니다.

💡 - 코일의 전원을 갑자기 끄면 순간적으로 초고압이 발생한다. - 초고압에서는 공기에서도 전기가 통한다. (앞선 내용의 이온화 입니다.)
  • 이런 스위치 접점이 마모되는 단점 때문에 릴레이와 같은일을 하지만 기계적인 부품이 들어있지 않은 물건을 찾기 시작했다.

진공관

  • 영국의 물리학자, 전기 엔지니어인 존 앰브로즈 플레밍 경이 발명했습니다.
  • 진공관

  • 열전자 방출 이라는 현상을 기반으로 만들었으며, 안에는 캐소드, 히터, 애노드 등으로 구성되어있습니다.
  • 그리드를 추가한 삼극관(triode)가 있습니다. 그외에도 4극관, 5극관 등이 있습니다.
💡 - 진공관의 장점 : 움직이는 부분이 없어서 릴레이보다 훨씬 빠릅니다. - 진공관의 단점 : 아주 뜨겁고 깨지기 쉽기때문에 캐소드를 가열하는 히터가 타버릴수 있습니다.

트랜지스터

  • 어원은 전송저항(transfer resister)라는 말을 줄여 트랜지스터(transistor)라고 합니다.
  • 반도체 물질로 이뤄진 기판 또는 슬랩 위에 만들어집니다. (반도체라고 생각하면 쉽다고합니다.)
  • 트랜지스터

  • 중요한 두가지 유형으로 쌍극 접합 트랜지스터(BJT)와 필드효과 트랜지스터(FET)의 유형이 있습니다.
💡 FET의 일종인 MOSFET이 있는데, N채널과 P채널 MOSFET을 서로 보완하도록 한쌍으로 묶어서 사용하는 경우에서 CMOS 라는 말이 나왔습니다.
  • 익숙한 화면 CMOS

집적 회로

  • 트랜지스터는 간단한 회로를 만들때도 부품이 너무 많이 필요합니다.
  • 이를 해결하기 위해 1958년 잭 킬비(Jack Kilby)라는
    미국 엔지니어와 로버트 노이스(Robert Noyce, 인텔의 공동 설립자)라는
    미국의 수학자 겸 물리학자가 집적회로(intergrated circuit)을 발명하였습니다.
  • 2020년 기준으로 컴퓨터의 CPU는 대개 20억~400억 개의 트랜지스터를 포함한 집적 회로로 구성되어 있으며, 트랜지스터 100억개를 일반 회로(분리형 회로, discrete circuit)에 얹으려면 약 100 헥타르, 즉 1 km²의 면적의 회로 기판이 필요할 것이라고 합니다.
  • 모양 때문에 칩이라고도 한답니다.

💡 - 모든 유형의 회로를 릴레이, 진공관, 트랜지스터, 집적 회로를 통해 만들 수 있습니다. - 더 작고 더 저렴하고 더 높은 에너지효율울 추구하도록 발전하였습니다.
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