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작성자 이창호
작성일 2004-12-26 (일) 20:00
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[현대] 컴퓨터 (한메)
컴퓨터 computer

전자회로를 이용하여 수치계산 또는 논리연산을 하는 기계.

이용자가 명령하는 프로그램에 의해서 데이터를 입력·처리·저장·검색하여 결과를 출력하는 전자장치를 말한다. 초기의 컴퓨터는 계산만 하였지만, 오늘날은 계산과 함께 대량의 자료를 저장하고 찾으며 사무처리 등도 한다. 이와 같이 컴퓨터는 다양한 업무처리를 자동으로 하므로, 전자데이터처리 시스템이라는 뜻에서 EDPS(electronic data processing system)라고 하기도 한다.

[컴퓨터의 역사]

계산을 하는 도구로서 가장 간단한 것은 주판이며, 그 역사는 매우 오래되었다. 주판을 제외하면 17세기에 이르도록 계산을 위한 특별한 도구가 없었으나 1642년 프랑스 수학자·철학자인 B.파스칼이 톱니바퀴를 이용한 수동계산기를 고안하였다. 이 최초의 기계식 수동계산기는 덧셈과 뺄셈만이 가능했던 것으로, 1971년 무렵 독일 G.W.라이프니츠가 이를 개량하여 곱셈과 나눗셈도 가능한 계산기를 발명하였다.

그 뒤 1812년 무렵 영국 수학자 C. 배비지는 처음으로 자동 계산기에 대한 견해를 발표하였다. 그는 23년 삼각함수표를 유효숫자 5자리까지 계산하여 종이에 인쇄하는 차분기관(difference engine)을 만들었고, 현재의 디지털 컴퓨터의 선구가 되는, 방정식을 순차적으로 풀 수 있도록 고안된 해석기관(analytical engine)을 설계하였다.

이 자동 계산기는 ① 수를 저장하는 장치(기억) ② 저장된 수치간의 계산을 하는 장치(연산) ③ 기계의 동작을 제어하는 장치(제어) ④ 입출력 장치로 이루어져 오늘날의 컴퓨터와 똑같은 구성으로 되어 있다. 그러나 모두 기계부품이 쓰인 것으로 당시의 기술적 제약 때문에 실현되지는 못하였다.

최초의 자동 계산기는 계전기를 사용하여 1초에 덧셈을 3번 할 수 있는 전기기계식 계산기 마크―원(MARK―Ⅰ)으로서, 1944년 아이비엠(IBM)회사와 하버드대학 H.H. 에이킨이 만들었다. 마크―원은 배비지의 해석기관 설계개념을 계전기와 스위치·전동기 등으로 구현한 것인데, 3000여 개의 계전기와 기어로 만들어 천공된 종이테이프로 제어되는 자동순차적 제어방식이 특징이었다. 그러나 기계적 제약 때문에 연산처리 속도는 늦었다.

1946년 미국 펜실베이니아대학 J.P. 에케르트와 J.W. 모클리는 최초의 전자식 계산기 에니악(ENIAC)을 완성하였다. 이것은 진공관을 사용한 최초의 자동 계산기로 1만 8000여 개의 진공관과 1500개의 계전기를 사용하였고 무게가 30t이나 되는 거대한 기계였다. 150㎾의 전력을 소비하였고 연산속도는 매초에 5000번 처리할 수 있으며, 십진수 10자리의 곱셈을 0.0028초, 나눗셈을 0.006초 이내에 처리할 수 있는 획기적인 컴퓨터였다.

마크―원에서는 계산을 제어하는 데 종이테이프가 쓰인데 비해 에니악에서는 배선판이 쓰였다. 그러나 어느 것이나 계산순서를 지령하는 일련의 명령은 그 대상인 데이터와는 별도로 주어졌다. 프로그램을 배선판에 일일이 배선하는 외부 프로그램 방식이었으므로, 에니악에서는 작업에 따라 배선판을 교체해야만 하였다.

그 뒤 에니악의 단점을 보완하기 위해 J.노이만이 기억장치에 컴퓨터의 명령이나 데이터를 모두 기억시키는 프로그램 내장방식을 제안하였다. 49년 영국 케임브리지대학에서 이 프로그램 내장방식을 채택하여 세계 최초로 내부기억장치가 있는 에드삭(EDSAC)을 개발하였고, 미국에서는 1952년 전자식 프로그램 내장방식인 에드박(EDVAC)을 만들었다. 또한 1951년에는 유니박―원(UNIVAC―Ⅰ)을 만들어 상품화하는 데 성공하였는데, 이것이 최초의 상업용 컴퓨터이다.

에드삭은 소프트웨어면에서도 크게 이바지하였다. 그 뒤 프린스턴고등연구소에서 노이만의 지도 아래 제작된 이아스(IAS) 컴퓨터를 비롯하여 차례로 매사추세츠공대의 월윈드(Whirlwind), 에케르트와 모클리의 바이낙(BINAC), 일리노이대학의 일리악(ILLIAC), 랜드회사의 조니악(JOHNIAC) 등이 제작되었다. 또한 컴퓨터의 크기는 반도체 기술과 전자기술의 발달로 점점 작아지고 연산속도도 피코초(ps) 단위로 빨라졌으며, 이용범위도 확대되어 가정은 물론 산업사회의 여러 분야에서 다양하게 이용되고 있다.

[컴퓨터의 분류]

<세대 구분>

세계 최초의 컴퓨터인 에니악이 나타난 이래 오늘날까지의 발달상은 그 이전의 몇백 년과 비교할 수 없을 만큼 빠르다. 컴퓨터의 발전 단계를 회로소자에 따라 구분하면 다음과 같다.

⑴ 제 1 세대(1940∼50년대 후반)

주요 회로소자로 진공관을 사용하였고, 주로 과학기술 계산 분야에 이용되었다. 진공관은 수명이 짧고 열이 많이 발생하므로 소비전력이 많았으며, 컴퓨터의 연산속도는 밀리초(ms) 단위였다.

⑵ 제 2 세대(1950년대 후반∼60년대 중반)

주요 회로소자로 진공관 대신 트랜지스터를 사용하였다. 트랜지스터는 진공관보다 부피가 작고 소비량이 적으며 신뢰성이 높다. 주기억장치로는 자기코어가 쓰였고 보조기억장치의 사용으로 기억용량이 커졌으며, 컴퓨터의 연산속도가 마이크로초(μs) 단위이며 일반 사무처리에도 이용되었다. 고급언어와 원거리 데이터를 처리하는 원거리 데이터 통신이 도입되었다.

⑶ 제 3 세대(1960년대 중반∼70년대 후반)

반도체 기술이 진보, 많은 트랜지스터와 저항으로 구성된 전자회로를 반도체 결정체 위에 압축시킨 집적회로(IC)를 사용하였다. 과학기술 계산 외에 사무처리도 할 수 있는 범용 컴퓨터가 개발되었다. 연산속도는 나노초(ns) 단위로 빨라졌다. 또한 컴퓨터 내부에서 시스템을 관리·제어하는 운영체제(OS)가 발달, 온라인실시간처리와 다중프로그래밍 방식이 널리 보급되었다.

⑷ 제 4 세대(1970년대 후반∼현재)

이 시기에는 하나의 칩에 많은 회로를 집적시킨 고밀도 집적회로(LSI)와 초고밀도 집적회로(VLSI)를 사용하였다. 연산속도는 피코초(ps) 단위로 빨라졌다. 부피가 초소형화된 마이크로프로세서의 개발로 초대형 컴퓨터의 제작 뿐만 아니라 부피는 초소형이며 값싸고 성능 좋은 마이크로컴퓨터의 보급이 가능하게 되었다. 컴퓨터가 각종 산업기계에 응용되었고, 공장자동화 시스템(FA)과 사무자동화(OA) 시스템까지 이룰 수 있게 되었다.

또한 전자제품·자동제어기기·오락 등에도 이용되고, 통신기술의 발달로 세계 전역의 통신망이 컴퓨터와 연결되어 가정에서도 단말기를 통해서 모든 정보를 쉽게 얻을 수 있게 되어 컴퓨터 이용의 대중화시대가 열렸다. 앞으로 개발될 제 5 세대 컴퓨터는 회로소자가 더욱 집적화하여 분자나 원자 크기의 지능을 갖는 소자가 개발될 것이며, 컴퓨터의 처리속도도 현재보다 훨씬 빨라질 것이다. 또한 인간의 지적인 보조자나 인간의 일부를 대신하는 기능을 갖춘 컴퓨터도 나타날 것이다.

<데이터에 의한 분류>

데이터를 표현하는 방법에 따라 디지털 컴퓨터·아날로그 컴퓨터·하이브리드 컴퓨터로 나뉜다.

⑴ 디지털 컴퓨터

실제 숫자나 수치적으로 코드화한 문자의 표현으로 이루어진 자료를 처리하는 컴퓨터. 일반적으로 컴퓨터라고 하면 디지털 컴퓨터를 말한다. 사칙연산이 바탕이 되며, 연속적인 양의 표현이 불가능하므로 자료의 표현에 오차가 생길 수도 있다.

⑵ 아날로그 컴퓨터

길이·전압·전류 등과 같은 연속적인 양의 자료를 즉시 처리하는 컴퓨터. 자료를 변환시키지 않고 측정장치로부터 직접 입력할 수 있다. 자료의 측정과 비교를 즉시 처리하므로 공장의 자동기기 제어에 이용되지만, 저장기능이 없고 정밀도와 범용성이 디지털 컴퓨터보다 떨어진다.

⑶ 하이브리드 컴퓨터

아날로그 기능과 디지털 기능을 하나의 컴퓨터 시스템에 혼합한 형태의 컴퓨터. 아날로그 자료를 입력하여 디지털 처리를 하고자 할 때에 유용하다.

<그 밖의 분류>

보통 컴퓨터는 일반적으로 용량·처리속도·가격 등을 기준으로 퍼스널·미니·마이크로·메인프레임 등으로 구분된다. 그러나 소형 기종의 기능이 점점 강화되어 상위기종의 기능을 겸비함에 따라 이러한 구분은 모호해지고있으며,소형·대형등2종류로양극화하는현상을보이고있다.1965년미국덱(DEC)회사가 개발한 12비트의 소형 컴퓨터 PPD―8에서 비롯된 8·12·16·24·32 비트의 소형 컴퓨터를 보통 미니컴퓨터라 하는데, 최근에는 중형 규모의 기능까지 갖추고 있어서 절대적인 정의를 내리기는 어렵다.

마이크로컴퓨터는 고밀도 직접회로칩에 의해서 구성된 마이크로프로세서를 핵심으로 하여 컴퓨터로서의 기능을 수행하게 한 것이다. 마이크로컴퓨터의 명령어체계·번지지정방식 등은 대형컴퓨터와 크게 다른 점이 없지만, 논리회로의 분산형식·처리속도·크기·가격 등에서 많이 다르다. 마이크로컴퓨터는 사용 목적과 규모에 따라 단일기판 컴퓨터, 제어용 컴퓨터, 퍼스널 컴퓨터, 사무용 컴퓨터로 나뉜다.

교육분야에서도 1960년대부터 컴퓨터를 이용하여 학습자 및 교수자의 활동을 효과적으로 진행해 나가는 학습이나 시스템의 개발이 시작되었다. 80년대에는 퍼스널컴퓨터의 보급으로 더욱더 적극적으로 응용되었는데 컴퓨터보조교육(CAI;computer assisted instruction)이나 학습과정의 성취도 분석과 교육평가 등 각종 학교 사무에 이용하는 컴퓨터보조교육관리(CMI;computer managed instruction)가 있다.

고해상도 표시 화면을 몇 개로 구분할 수 있는 멀티윈도 기능과 다음에 해야 할 동작을 그림이나 문자를 써서 메뉴(일람표)로 나타내는 기능을 갖추고 화면 속의 장소를 가리키기 위한 포인팅 장치로서 마우스나 디지타이저가 있다. 개인용 파일을 보관하기 위하여 100메가바이트 정도의 자기디스크를 가져 컴퓨터네트워크에 접속할 수 있는 퍼스널컴퓨터를 슈퍼퍼스널컴퓨터 또는 워크스테이션이라고 한다. 슈퍼퍼스널컴퓨터의 원조는 제록스회사의 알토(ALTO) 시스템이다.

[컴퓨터의 구성]

컴퓨터는 크게 컴퓨터 내부의 전자회로와 각종 기계장치들로 이루어진 하드웨어와, 하드웨어를 활용하여 목적을 달성할 수 있게 작성된 프로그램인 소프트웨어로 구성된다. 현대의 컴퓨터는 이러한 프로그램과 자료, 중간 결과들을 미리 기억장치에 기억시켰다가 이 프로그램의 명령 순서에 따라 일을 처리하는 방식이다. 이러한 컴퓨터가 프로그램 내장형 컴퓨터이다.

<하드웨어>

컴퓨터는 제어장치·연산장치·주기억장치·입력장치·출력장치 등 5부분으로 구성되며, 이 밖에 대용량의 기억을 할 수 있는 외부기억장치가 쓰이는 것이 일반적이다. 제어장치와 연산장치를 합쳐서 중앙처리장치(CPU)라고 한다. 제어장치·연산장치에 주기억장치를 포함시켜 중앙처리장치라고도 한다. 이러한 장치 자체를 하드웨어라고 한다.

⑴ 입력장치

입력매체에 기록된 프로그램 데이터를 컴퓨터 내부로 읽어들이는 장치. 읽어들인 데이터를 주기억장치나 중앙처리장치로 보낸다. 계산순서나 데이터를 기억장치에서 판독할 수 있는 형태로 변환시키는데, 보통 천공 카드나 천공 테이프 또는 키보드(건반)가 쓰인다. 천공 카드를 해독하는 데는 카드판독기를 쓰고, 천공 테이프 해독에는 테이프 판독기를 쓴다. 지정된 카드나 용지에 연필이나 컴퓨터용 수성사인펜의 표시 유무를 광학적으로 읽어들이는 광학마크판독기·광학문자판독기·자기잉크문자판독기·바코드판독기 및 보조기억장치로 사용하는 자기테이프장치·자기디스크장치·플로피디스크장치 등이 있다.

⑵ 출력장치

컴퓨터 밖으로 데이터를 출력시키기 위한 장치. 레이저프린터·라인프린터·영상표시장치·엑스와이(XY)플로터·콤(COM;computer output microfilm)장치·입출력겸용자기테이프장치·자기디스크장치·플로피디스크장치·음성출력장치 등이 있다.

⑶ 주기억장치

사람이 작성한 프로그램과 프로그램에서 처리하기 위한 데이터, 처리된 결과를 기억하는 장치. 중앙처리장치 내부에 있으므로 내부기억장치라고도 한다. 중앙처리장치와 직접 자료를 교환할 수 있는 기억장치이며, 외부기억장치로부터의 데이터나 처리결과를 일시적으로 기억시키는 등의 작업 기억장소로도 사용된다. 일반적으로 컴퓨터는 2진법으로 연산하며, 2진수의 한 자리가 컴퓨터에서 다루는 최소단위인데, 이를 1비트(bit)라 한다. 문자나 수치는 여러 비트를 조합하여 표현한다. 8개의 비트가 조합된 단위를 1바이트(byte)라 하며, 이러한 몇 개의 바이트가 모인 데이터의 단위를 워드(word)라 한다.

주기억장치는 이들 기본단위의 기억장소를 많이 모은 것으로, 각 기억장소에는 번지(address)라고 하는 일련번호가 매겨져 있다. 주기억장치의 성능은 기억용량과 작동속도로 평가되며, 용량은 킬로바이트(KB) 또는 메가바이트(MB) 단위로 표시된다. 작동속도는 접근시간(access time)으로 나타내며 보통 마이크로초(μs)·나노초(ns) 단위로 표시된다.

주기억장치의 종류에는 자성체인 자기코어(magnetic core)기억장치·반도체인 직접회로기억장치(IC memory)·자기박막기억장치(magnetic thinfilm memory)·자기버블(magnetic bubble)기억장치 등이 있다. 현재 거의 대부분 직접회로 기억소자를 주기억장치로 쓰고 있는데, 특성에 따라 롬(ROM)과 램(RAM)으로 나뉜다.

⑷ 연산장치

프로그램의 명령에 따라 주기억장치에서 온 데이터에 대하여 사칙연산·크기 비교·논리 판단을 하는 장치. 컴퓨터의 구성요소 가운데 유일하게 자료를 변형할 수 있는 장치이며 산술연산과 논리연산을 수행하는 데 필요한 논리회로(전자회로)로 구성되어 있다. 논리회로에는 논리곱(AND)·논리합(OR)·논리부정(NOT) 회로 등의 기본 논리회로와 이러한 기본 논리회로를 조합한 부정논리곱·부정논리합·배타적 논리합회로 등의 복잡한 논리회로가 있다. 이러한 논리회로를 조합해서 사칙연산, 데이터 기억, 데이터 이동 등의 연산을 한다.

또한 논리회로에 사용되는 소자를 논리소자라 하며, 초기의 계전기·진공관에서 트랜지스터·집적회로·고밀도집적회로를 거쳐 초고밀도집적회로로 발전하였다. 이러한 논리회로를 조합하면 1자리의 2진수와 A와 B를 덧셈하여 1비트의 합 S와 1비트의 올림수 C를 구하는 회로인 반가산기(half―adder)가 된다. 이 반가산기를 2개 이용하면 1자리의 2진수 비트 D와 E, 이보다 낮은 자리에서의 올림수 F를 계산하고, 그 합 T와 자리올림 R를 얻는 회로인 전가산기(full―adder)가 된다.

이 전가산기를 여러 개 이용하여 2진 n자리의 가산 회로를 만들 수 있다. 많은 논리소자가 여러 가지로 조합된 복잡한 회로의 입력신호와 출력신호를 해석하기 위하여 불 대수(boolean algebra)가 흔히 쓰이고 있다. 중요한 논리소자로는 플립플롭(flip―flop)이 있는데, 2진수 한 자리를 기억할 수 있는 기억소자이다. 연산장치는 플립플롭을 몇 개씩 연결한 레지스터(연산에 필요한 데이터를 일시적으로 기억하는 특수 기억장치)를 중심으로 하여 만든다. 플립플롭은 전자적인 스위치 구실도 하므로 컴퓨터의 제어회로에서도 중요한 역할을 한다.

⑸ 제어장치

주기억장치에 기억된 프로그램의 순서에 따라 그 명령을 해독하여 제어신호를 입출력장치·주기억장치·보조기억장치로 보내어 작동시키고, 시스템 전체의 작동을 지시·제어·감독하는 장치. 제어장치는 프로그램계수기·명령레지스터·명령해독기·번지해독기 등으로 이루어진다. 프로그램 계수기는 프로그램의 실행순서를 지정하기 위하여 다음에 실행될 명령어가 기억되어 있는 주기억장치의 번지를 기억하고 있다.

명령어는 명령코드부와 번지부로 구성되어 있는데, 명령코드부에는 실행명령 코드가 들어 있고 번지부에는 실행될 데이터가 기억되어 있는 주기억장치의 번지가 들어 있다. 명령해독기는 명령레지스터의 번지부에 있는 번지를 해독하여 주기억장치의 해당 번지에 데이터를 처리하는 논리회로이다.

⑹ 외부기억장치

많이 쓰이는 정보를 파일로서간직하거나 컴퓨터 처리과정에서 주기억장치의 기억용량을 보충할 목적으로 사용하는 기억장치. 보조기억장치라고도 한다. 자기테이프 기억장치·자기드럼 기억장치·자기디스크 기억장치·카세트테이프·플로피디스크 등이 있다. 주기억장치와 비교하면 데이터를 기억하거나 판독하는 속도가 매우 느리지만 기억용량이 크고 입출력이 가능하므로 입출력장치로 많이 쓰인다.

<소프트웨어>

하드웨어를 동작하도록 하는 기능과 기술을 말한다. 곧 컴퓨터 활용에 필요한 모든 프로그래밍 시스템을 말한다. 컴퓨터의 소프트웨어는 크게 운영체제(OS;operating system)와 응용 프로그램으로 나뉜다.

⑴ 프로그램

하드웨어만으로는 일을 할 수 없으므로 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어를 사용하여 작업처리방법과 순서를 규정된 형식과 문법에 맞는 명령문으로 알려 주어야 한다. 이와 같은 명령문들의 집합을 프로그램이라 한다. 어떠한 컴퓨터에도 산술연산을 위한 명령으로는 덧셈·뺄셈·곱셈·나눗셈의 사칙연산밖에 없으며, 미분방정식이나 적분과 같은 고등수학의 문제도 모두 이 사칙연산으로 고쳐서 푼다. 프로그램의 작성법에는 여러 가지가 있는데, 가장 기초적인 것은 컴퓨터 자체의 말인 기계어를 사용하여 작성한다.

2진수 0과 1로 이루어진 기계어는 컴퓨터마다 다르다. 1대의 컴퓨터라도 목적에 맞는 프로그램을 만드는 일은 상당히 어려우므로 좀 더 쉽게 프로그램을 만드는 방법이 연구되어 왔다. 그것은 기계어에 가까운 것에서부터 우리가 일상생활에서 쓰는 말에 가까운 것까지 다양하며, 이것들을 프로그램 언어라고 한다. 기계어로 프로그램을 만들기는 어려우므로 프로그램을 만들 때는 프로그램에 쓰이는 언어를 기계어로 번역하는 프로그램을 준비해 두고, 실행에 앞서서 언어 번역 프로그램에 걸어 검사한다.

기계어로 번역되기 전의 프로그램을 원시 프로그램이라 하고, 언어번역 프로그램이 원시 프로그램을 기계어로 번역한 프로그램을 목적 프로그램이라 한다. 기계어에 가장 가까운 언어는 어셈블리 언어이며, 이를 기계어로 번역해 주는 프로그램을 어셈블러라고 한다. 우리가 일상적으로 사용하고 있는 언어에 가까운 프로그램 언어는 고급언어라 하며, 컴퓨터로 풀어야 할 문제에 따라서 각종 언어가 있다.

고급언어에는 베이식(BASIC)·포트란(FORTRAN)·코볼(COBOL)·알골(AL-GOL)·파스칼(PASCAL)·피엘원(PL/1)·시(C)·리스프(LISP)·스노볼(SNOBOL) 등이 있다. 고급언어를 기계어로 번역하는 언어번역 프로그램에는 컴파일러(compiler)와 인터프리터(interpreter)가 있다. 컴파일러는 원시 프로그램 전체를 한꺼번에 목적 프로그램으로 번역하고, 인터프리터는 명령문 단위로 1문장씩 받아 번역하고 실행한다.

⑵ 프로그래밍

프로그램을 작성하는 일이다. 좁은뜻으로는 주어진 문제를 분석하고 문제를 해결하기 위한 명령의 순서를 고안하며 프로그램을 완성하기까지의 모든 과정을 말한다. 설계 단계에서는 만들려는 프로그램을 기능 단위로 분해하여 모듈화하는 것이 바람직하다. 각 모듈은 단계적으로 상세화하거나 그 기능으로 처리할 데이터 구조에 의거하여 순서를 정하여, 최종적으로 구조화 프로그램을 작성하도록 한다. 프로그램이 복잡해질수록 완성하기까지는 시간이 많이 걸린다.

프로그래밍의 단계에서 여러 가지 오류를 범하거나, 프로그램을 작성하는 방법 자체에는 잘못이 없는데 바른 결과가 얻어지지 않아 뜻대로 일이 진척되지 않는 일이 종종 있다. 프로그래밍 단계에서 발생한 오류를 목적 프로그램이 완성될 때까지 수정하는 과정을 오류수정(debugging)이라 한다. 그리고 실제 처리할 자료를 입력하기 전에 논리오류(論理誤謬)를 수정한다.

⑶ 운영체제(OS;operating system)

데이터 처리과정 수행을 컴퓨터가 자동으로 수행할 수 있도록 하는 프로그램의 집합이다. 최근에는 미니컴퓨터에서도 보통 시분할(time sharing;하나의 장치를 2가지 이상의 목적을 위하여 시간을 세분화해서 사용하는 일)을 하고 있지만, 소규모 구성의 시스템에서 천공 카드나 천공 테이프로 처리하는 경우의 조작방법은 제1·2세대에 사용되었으며, 미니컴퓨터나 소형 컴퓨터에서는 제 3 세대에도 보통 사용되었다.

우선 기계어로 쓰여 있는 번역 프로그램을 천공 카드(또는 천공 테이프나 자기 테이프)로부터 기억장치에 해독시킨 다음, 원시 프로그램을 카드(또는 테이프) 판독기에 걸어서 번역 프로그램으로 번역한다. 번역 프로그램에서 원시 프로그램을 목적 프로그램으로 번역한 뒤에 목적 프로그램을 실행하고, 프로그램에 따라 처리된 결과를 출력(인쇄)한다. 그러나 이와 같은 조작을 하나하나 처리하면 특히 대형 컴퓨터에서는 효율이 떨어지므로 이 작업을 자동화하고 본질적이 아닌 오퍼레이터의 판단은 되도록 배제하도록 한다. 이러한 일을 하는 프로그램의 집합을 운영체제 또는 오퍼레이팅 시스템이라 하며, 핵심부분은 주기억장치에 있다.

운영체제는 프로그램을 차례로 자동처리할 뿐만 아니라 필요한 번역 프로그램을 외부기억장치로부터 빼내거나 사용자의 파일을 관리한다. 또 사용자를 확인하거나 사용한 하드웨어의 종류, 사용한 양, 사용 시간·시각·횟수 등을 계측하고, 사용 요금의 계산, 계좌로부터의 인출 등도 한다. 이들 각종 자료는 다음에 사용할 때를 대비하여 자동적으로 외부기억장치에 기록된다. 필요한 경우에는 콘솔을 통해서 작업관리, 컴퓨터의 작동 개시와 정지 등에 직접 관여하는 오퍼레이터에게 작업을 지시하기도 한다.

프로그램을 실행시키기 위해서는 프로그램·데이터와함께 그 실행에 필요한 작업이나 자원(resource)을 운영체제에 지시하는 제어문을 사용한다. 제어문은 작업제어 언어로 기술한다. 컴퓨터 시스템에는 단일프로그래밍시스템과 다중프로그래밍시스템이 있다. 단일프로그래밍시스템은 한 번에 하나의 프로그램만을 주기억장치에 넣어서 실행하는 것이며, 다중프로그래밍시스템은 동시에 몇 개의 프로그램을 주기억장치에 넣어 기계의 사용효율을 높이려는 것이다.

이러한 운영체제는 컴퓨터 제작회사가 사용자에게 제공해 준다. 크게 제어 프로그램과 처리 프로그램으로 구분할 수 있는데, 제어 프로그램은 감독·데이터관리·작업관리 프로그램으로 구성되어 있고 처리 프로그램에는 언어 번역 프로그램과 서비스 프로그램이 있다.

⑷ 조작방식

운영체제를 갖춘 컴퓨터 시스템에서 사용자의 프로그램을 일괄하여 처리하는 방식을 일괄처리시스템(batch processing system)이라고 한다. 일괄처리시스템에서는 프로그램의 실행을 의뢰한 뒤 결과가 나오기까지 오랜 시간이 걸린다. 일괄처리시스템은 급여관리·성적관리에 대단히 유익하다. 1대의 중앙컴퓨터를 많은 이용자들이 단말장치로 독립되어 각각 처리하는 방식으로 시분할처리시스템이 있다.

또 발생한 데이터를 직접 컴퓨터에 넣고 필요에 따라 즉시 응답하는 방식을 실시간처리 시스템이라 하는데, 은행의 예금 업무와 교통의 좌석 예약 등을 들 수 있다. 온라인 방식은 주컴퓨터와 원격 단말장치를 직접 또는 통신회선으로 연결하여 데이터가 발생하는 즉시 컴퓨터에 입력하여 처리하는 형태를 말하며, 특히 통신회선을 경유하는 경우 데이터를 암호화하는 등 보완 대책이 충분히 강구되어야 한다.

<소프트웨어 기술의 동향>

컴퓨터의 역사는 하드웨어에서 출발하였으나 하드웨어의 진보는 불가피하게 소프트웨어의 역할을 증대시켰고 이제는 소프트웨어가 주도하는 시대가 되었다. 특히 80년대 이후 데이터 기술의 진전에 따른 프로토콜 표준화 및 인터페이스 기술개발, 네트워크 관리기술 개발, 데이터베이스 관리기술 개발 등에 기술혁신이 일어나고 있다. 한편 소프트웨어 생산에서도 표준화한 개발방법을 적용함과 동시에 점증하는 소프트웨어 개발 비용을 줄이기 위하여 소프트웨어의 생산성 및 품질, 데이터베이스 기술을 향상시키며 인간의 두뇌와 비슷한 자연언어처리 등의 기능을 갖춘 인공지능형 소프트웨어 개발이 중요한 과제로 대두되고 있다. 이러한 측면에서 소프트웨어 기술의 일반적인 발전동향은 표준화, 고급화, 정보처리의 고속화, 패턴정보의 인식처리, 자동화, 안정성 확보, 간편화로 요약될 수 있다.

<컴퓨터 기술의 발전 동향>

오늘날 컴퓨터는 만들어진 지 불과 40여 년 사이에 어떤 기술부문에서도 유례를 찾아볼 수 없을 정도로 급성장하였다. 그러나 점차 다양해지고 있는 새로운 욕구를 충족시킬 기술력은 한계를 보이기 시작하고 있는데, 이를 유형별로 집적도·처리속도·추론기능·신뢰도·환경적응력으로 나눌 수 있다. 기존 컴퓨터의 주소재인 실리콘 소자의 집적도는 현재의 기술수준으로 볼 때 거의 한계에 도달하여 분자단위나 원자단위의 소자를 기초로 하는 분자 컴퓨터 또는 원자 컴퓨터의 개념이 나타나고 있다.

특히 분자소자는 생물 컴퓨터와 밀접한 관련을 맺고 있다. 또한 지금까지의 컴퓨터는 미리 정해진 프로그램에 따라 주어진 자료에 의해서만 문제의 분석이 가능하여 인간과 같이 능동적으로 문제를 해결할 수 있는 능력이 없다. 이를 해결하기 위하여 인공지능 컴퓨터가 연구되고 있다.

⑴ 슈퍼컴퓨터

우주개발·원자력·기상해석 등 빠른 계산이 요구되는 과학기술 분야에 쓰이는 컴퓨터. 범용 컴퓨터 초대형기의 처리 속도는 5∼10MFLOPS(메가 플롭스)인데, 슈퍼컴퓨터는 50∼100MFLOPS 정도로 매우 빠르다. 조셉슨 소자, 초격자소자 등이 실용화되면 고속화의 한계로 여겨지는 1000GFLOPS(기가 플롭스)의 기종도 개발될 것으로 기대된다.

⑵ 광컴퓨터

전자적인 처리 대신 빛 자체로 정보의 입출력·정보처리·저장 등이 이루어지는 컴퓨터 시스템. 기존 컴퓨터가 받는 전자기파의 유도장애를 해소하는 컴퓨터이다. 넓은뜻으로 가장 핵심이 되는 연산처리가 빛으로 이루어지는 컴퓨터이다. 기존의 컴퓨터에 비하여 다음과 같은 우수한 장점이 있어 미래의 컴퓨터로 주목받고 있다. ① 처리속도가 현재의 슈퍼컴퓨터보다 최소한 1000배 이상 빨라진다. ② 단위칩당 정보집적도가 실리콘 소재보다 10배까지 높아질 수 있다. ③ 전자기파의 유도장애를 받지 않으므로 시스템이 안정적이다. ④ 기본소재가 모래이므로 자원이 풍부하고 값이 싸다. ⑤ 빛 자체의 속성 때문에 2차원 또는 3차원의 병렬처리가 쉽다. ⑥ 영상과 화상정보처리가 쉽다.

⑶ 바이오컴퓨터

인간두뇌의 구조·기능 등을 모방하거나 직접 이용함으로써 기존의 컴퓨터가 갖지 못한 기능을 갖도록 하는 컴퓨터이다. 바이오컴퓨터의 개념은 아직 명확히 정립된 것은 아니지만 최근 컴퓨터 기술이 한계에 이르렀다는 식과 1970∼80년대의 생물공학의 눈부신 발전으로 전자공학·생물공학 기술의 융합이 진행되고 있다. 바이오컴퓨터를 실현시키는 방법으로 ① 기존의 무기소재를 이용하여 생물기능만을 모방하는 방법 ② 유기소재를 이용하는 방법 ③ 생물의 두뇌세포를 직접 이용하는 방법 등이 단계적으로 연구될 전망이다.

[컴퓨터의 수 표현]

<2진법>

일반적으로 컴퓨터는 2진법으로 수를 나타낸다. 2진법이란 <0>과 <1>의 2가지 수만을 써서 수치를 표현하는 방법이다. 1글자가 4비트이면 0000에서 1111까지 표현되므로, 10진법 0에서 15까지의 수가 표현된다.

(2진법) (10진법)

0000 0

0001 1

0010 2

0011 3

0100 4

0101 5

0110 6

0111 7

1000 8

1001 9

101010

101111

110012

110113

111014

111115

1글자를 業비트라 하고 1글자로 표현되는 수치를 彦라 하면

0≦a≦2ⁿ-1

이 된다.

<음수의 표현법>

그러나 이 상태로는 음수를 나타낼 수 없으므로 a를 2ⁿ으로 나눈 경우의 절대값이 최소가 되는 나머지를 a′이라 한다. 예를 들면 n=4(1글자가 4비트)인 경우, a가10일 때 a′은 어떻게 되는지 알아보자. 10을 2⁴곧 16으로 나누면 몫은 0, 나머지는 10이 된다. 여기서 몫을 1이라 하면, 나머지는 -6이 된다. 이어서 몫을 -1, -2, -3, …이라 하면 나머지는 26, 42, 58, …로 점점 커진다. 그리고 몫을 2, 3, 4, …라고 하여 구하면 나머지를 -22, -38, -54, …로 그 절대값은 점점 더 커진다. 여기서 10을 16으로 나누었을 때 절대값이 최소가 되는 나머지는 -6임을 알 수 있다. 일반적으로는 다음과 같이 된다.

a≡a′(mod2ⁿ)

-2ⁿ⁻1=-2ⁿ/2≦a′<2ⁿ/2=2ⁿ⁻1

다시 말하면 a<2ⁿ⁻1일 때(위의 예에서는 a가 8보다 작을 때)는 a′=a이며, a≧2ⁿ⁻1일 때(위의 예에서는 a가 8 이상일 때)는 a′=a-2ⁿ(위의 예에서는 a′=a-16)이다. 그런데

a-2ⁿ=a-(2ⁿ⁻1+2ⁿ⁻1)

=(a-2ⁿ⁻)-2ⁿ⁻1

이므로, 1글자의 왼쪽 맨 끝의 비트에 -2ⁿ⁻1이라는 자릿수를 부여하고, 나머지 비트에는 보통의 2진 자릿수를 주었다고 생각할 수도 있다. 예를 들어 1글자를 4비트라 하면,

0000은 0+0+0+0=0

0001은 0+0+0+2⁰=1

0010은 0+0+2+0=2

… ………

0111은 0+2²+2+2⁰=7

1000은 -2³+0+0+0=-8

1001은 -2³+0+0+2⁰=-7

1010은 -2³+0+2+0=-6

… ………

1111은 -2³+2²+2+2⁰=-1

과 같이 된다.

<보수방식>

이와 같이 표현하면 음수(-χ)의 표현은 a-2ⁿ이다. 따라서

(-χ)=a-2ⁿ

이므로

2ⁿ=a+χ

이다. 곧 음수의 표현은 1글자로 표현되는 수를 a라고 했을 때의 양수의 표현과 2ⁿ에 관하여 서로 보수가 되어 있다. 따라서 이 표현방식을 보수방식이라 한다. 보수방식으로 표현하더라도 덧셈·뺄셈은 보통 방법으로 할 수 있다.


                                                          _
그런데 뺄셈 a′-b′를 생각할 때 b′의 보수를 b'
                 _
로 나타내면(b'은 b′을 표현하고 있는 비트의 <0>과 <1>을 역으로 한 것에 1을 더한 것이 되어 있음에 주의) 보수방식에서는




가 되므로, 뺄셈은 덧셈으로 할 수 있다.



<소수점 표현>

컴퓨터에서 정수를 나타내는 데이터 형식이다. 왼족 맨 끝 비트는 부호 비트이고, 나머지 비트는 정수를 나타낸다. 10진수를 그 진수로 변환하여 표시하며, 오른쪽 맨끝에는 가장 소숫점이 고정된 것으로 보인다. 그러면 1글자로 나타나는 수를 彦라고 하면 실제로 표현하는 수치는 a視2墉蟯裂墉樂要이 되므로 보수방식을 취하면,

-1詩-2裂墉樂視2墉蟯裂墉樂要深彦′<2裂墉樂視2墉蟯裂墉樂要詩1

의 범위의 수를 2墉蟯裂墉樂要마다 표현한 것이 된다. 이때

彦蒔χ詩2裂視2墉蟯裂墉樂要詩2

가 되므로, 보수방식을 <2의 보수표현>이라고 한다.

<유동 소수점 표시>

컴퓨터에서 소수점 이하의 수를 갖는 값 偃는, 보통

偃詩嶪視良鍊

이 되는 1쌍의 값(嶪, 孼)로 표현된다. 이것을유동 소수점 표시라 한다. 良를 밑, 嶪을 가수(假數),孼를 지수라 한다. 가수는 양의 경우에는 1/良深嶪<1, 음의 경우 -1深嶪<1/良이 되는 표현을 택한다. 이를 정규형(正規形)이라 한다. 良로는 주로 2 또는 16을 쓴다.

[인간과 컴퓨터]

컴퓨터 탄생의 계기는 방대한 양을 계산하기 위한 것으로 구체적으로는 탄도(彈道) 계산과 암호의 해독을 위해서였다. 이렇게 해서 제작된 컴퓨터는 계산능력을 인정받기는 하였으나, 그 정도의 계산이 필요하리라고는 예측하지 못했다. 상업용 컴퓨터가 개발된 뒤 소자의 진보, 실시간·시분할처리시스템의 개발, 응용분야의 확대, 소형화·저렴화 등이 급속히 이루어지면서 컴퓨터는 일상생활과 밀접한 관련을 맺게 되었고, 그 이용형태도 다양해졌다.

컴퓨터 게임이나 워드 프로세서와 같이 완전히 컴퓨터임을 의식하고 사용하는 경우를 비롯하여 현금 자동지급기(ATM) 등처럼 절반쯤 컴퓨터를 의식하는 경우가 있다. 또한 자동차·텔레비전·VTR·카메라, 심지어는 냉장고나 쿨러 등과 같이 사용자가 전혀 의식하지 못하는 곳에 컴퓨터가 쓰이는 경우도 있다. 카메라의 경우 적정 노출을 계산하여 셔터나 조리개, 혹은 그 양자를 모두 제어하고 있다. 비행기나 선박 등은 컴퓨터의 계산·제어 기능을 이용하여 자동조정이 가능하다.

또한 컴퓨터는 육체노동자·정신노동자·경영자를 불문하고 직장이나 일의 내용에 큰 변화를 주고 있다. 생산현장에는 용접 로봇을 비롯한 각종 산업용 로봇이 투입되어 품질과 생산성 향상에 유용하게 쓰이고 있다. 또 고장 진단·수리 등에서 초보자라도 전문가와 마찬가지로 작업할 수 있게 하는 전문가 시스템도 앞으로 사용될 전망이다. 이 전문가 시스템은 생산현장뿐만 아니라 의료 등각종 분야에서 개발되고 있다. 사무자동화(OA)는 매우 진전되어 사무처리의 합리화뿐만 아니라 휴대용 퍼스널컴퓨터(렙톱 컴퓨터) 등도 영업 일선에서 이용되고 있다.

기업의 경영자도 단말기로부터 경영정보를 얻고 있으며, 의료분야에서도 컴퓨터를 이용하여 인체의 각 부위를 단면으로 잘라 찍는 사진(컴퓨터 단층사진)까지도 가능하게 되었으며 간호 로봇이 등장하였다. 컴퓨터 보조설계(CAD)는 자동차의 모델변경을 항상 가능하게 하며, 책의 모든 내용을 컴퓨터 파일에 저장해 놓고 컴퓨터 사식을 쳐서 인쇄하는 기술이 진보되어 사전이나 사서류를 빈번하게 개정할 수도 있다.

한편 고도 정보통신 시스템(INS), 부가가치 통신망(VAN), 비디오텍스 시스템 등 통신회선을 고도로 이용하려는 계획이 진행되고 있다. 은행이나 우체국에서 친숙한 온라인 시스템이 각 가정에서 더욱 더 간단히 이용될 수 있을 뿐만 아니라 각종 업종에 걸쳐 기업이 제공하는 여러 정보를 텔레비전으로 볼 수도 있다. 그러나 편리를 제공하는 반면 컴퓨터를 이용한 범죄도 증가하고 있다. 정보사회로 향해 감에 따라 컴퓨터를 이용하면 사람은 분류·계산 등의 작업에서 벗어날 수 있어서 창조적인 일을 할 수 있는 시간이 늘어나고 필요한 정보를 언제든지 얻을 수 있으므로 컴퓨터의 역할은 더욱 커져가고 있다.

출전 : [한메디지탈세계대백과 밀레니엄], 한메소프트, 1999
   
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