제 2장 컴퓨터의 등장과 발전제 2장 컴퓨터의 등장과 발전

제 2 장 컴퓨터의 등장과 발전

목차

1. 초기의 컴퓨터 발전 2. 컴퓨터의 세대별 분류 3. 컴퓨터의 분류

4. 수의 표현과 연산 5. 데이터의 표현

6. 논리 회로

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 인류의 역사와 더불어 인간 생활에 있어서 수와 양을 표시하 기 위한 계산 방법은 꾸준히 발전됨

2.1 초기의 컴퓨터 발전

초기 계산기의 발달 과정

2.1 초기의 컴퓨터 발전



 서양에서는 원시적 수준의 주판이 기원전 3000~4000 년에 고안됨

 6 세기경 로마의 철학자 보이티우스 에 의해 주판 개량됨

 10 세기경 교황 실베스터 2 세에 의해 개량됨

 중국의 주판은 기원전 26 세기경 개발되어 배우기 쉽고 사용이 용이하 여 아시아권에서 널리 이용됨



 스코틀랜드의 귀족이며 자연대수의 창시자인 네이피어가 만든 봉은 곱셈의 계산에 매우 효율적으로 개발 후 300 년간 이용됨

네이피어의 봉

 파스칼의 톱니바퀴 계산기 : 17 세기 프랑스의 저명한 수학자이자 철학자인 파 스칼이 고안한 것으로 톱니바퀴의 회전원리를 이용하여 가감산을 할 수 있는 최 초의 기계식 계산기의 원형임

 배비지의 분석 엔진 : 영국의 수학자인 배비지 (babage) 는 펀치로 작동되는 직기를 발명한 프랑스의 직공 재쿼드와 함께 차분엔진이라고 불리는 계산기를 연구하였다 . 차분엔진은 대수표를 계산하는 데 사용되었으며 , 나중에 기억 , 연산 , 입출력 장치 등을 갖춘 분석 엔진이라는 이름으로 더욱 포괄적인 기능의 기계가 1834 년에 고안됨

2.1 초기의 컴퓨터 발전

파스칼의 계산기 차분 엔진

•

고 1890 년 미국 국세 조사 업무의 자료 처리에 사용된 후 1960 년대 말까지 통계와 사무처리를 비롯한 분야에 이용됨

천공카드 홀러리스 천공카드 시스템

2.1 초기의 컴퓨터 발전

ABC 컴퓨터 마크 - I

2.1 초기의 컴퓨터 발전

 기계식 계산기

 초기의 컴퓨터 ABC(Atanasoff-Berry Computer) :

 최초의 전자식 컴퓨터로 전자식 디지털 계산기를 제작함

 복잡한 계산을 수행하는 물리학자들을 돕기 위한 목적

 마크 -I(mark-I) :

 세계 최초의 전기 기계식 자동 계산기

 배비지의 설계를 실현시킨 것으로 분석 엔진의 원리를 이용해 과학 기술 계산을 목적으로 제 작됨



2.2 컴퓨터의 세대별 분류

– 에니악 (ENIAC) : 세계 최초의 전자식 컴퓨터로 미국 육군의 탄도 궤도의 수학적 도표를 계산하기 위해 만들어짐

– 에드박 (EDVAC) : 프로그램 내장 방식 을 최초로 도입한 컴퓨터로 폰 노이만이 개발 함

– 1 세대 범용 컴퓨터 : IBM 사에서 1952 년 701 이라는 모델명을 가진 상업용 컴퓨터를 내놓은 데 이어서 1953 년에 사무용과 과학 기술용으로 함께 쓸 수

있는 범용적인 컴퓨터 IBM650 을 발표함

에니악에 사용된 진공관

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트랜지스터 UNIVAC 1107

2.2 컴퓨터의 세대별 분류



 IC 개발 : 1971 년 인텔사는 최초의 초소형 전자 회로인 Intel 4004 마이크로 프로세서를 개발함 , 한 번에 4 자리 숫자의 정보를 처리함 , 손톱만한 크기의 불과 몇 볼트의 전력 만을 사용함

2.2 컴퓨터의 세대별 분류

Intel 4004

 IBM S/360 : 메모리의 크기가 16KB 에서 1MB 까지 범위로 구 성된 6 대의 컴퓨터로 이루어 졌으며 시분할 방식을 사용함

 PDP-11 : 1960 년 대말 대형 컴퓨터보다 작으면서도 기술 개발로 인해 성능이 별로 떨어지지 않으며 , 대학의 학과용이나 중소 기업 업 무 처리용으로 애용됨

2.2 컴퓨터의 세대별 분류

IBM 360 PDP-11



2.2 컴퓨터의 세대별 분류

LSI 80386 의 내부 회로

 Altair 8800 : 최초의 상업적인 마이크로 컴퓨터로서 대기업 이나 정부에서만 사용할 수 있었던 컴퓨터를 일반 대중도 구입 할 수 있는 길을 열었음

 애플 컴퓨터 : 1977 년 스티브 잡스와 스테픈 워즈니악에 의해 만들어져 널리 시판된 최초의 마이크로 컴퓨터임

2.2 컴퓨터의 세대별 분류

Altair 8800 최초의 Apple 컴퓨터

 IBM PC :

 IBM 은 1981 년 개인용 컴퓨터를 발표

 데스크 탑 컴퓨팅을 통하여 마이크로 컴퓨터의 표준으로 자리 매김 함

 개방화 정책으로 컴퓨터 설계에 대한 모든 사항 공개함으로 IBM PC 는 호환 기종 업체들이 많이 생기게 됨

 저가격의 고성능의 매력으로 IBM PC 를 이용함

2.2 컴퓨터의 세대별 분류

IBM PC XT

 제 5 세대

 정의 : 현재 상용화되어 있지는 않지만 앞으로 발전되어 갈 형태의 컴퓨터를 말함 . 컴퓨터 시스템은 하드웨어 , 지식중심 언어 , 인공지능 소프트웨어 , 그리고 코드화된 지식베이스로 구성됨

 제 5 세대 컴퓨터용 하드웨어의 특징

1. 초고속 장치

2. 대규모 병렬처리 시스템의 구조가 필요함

3. 논리적 추론을 지원하는 연산 기능이 필요함

4. 논리 프로그래밍 , 인공지능 기법 , 그리고 병렬 처리 개념을 내포하는 추상적인 언어가 제공되어야 함

2.2 컴퓨터의 세대별 분류



 특수용 컴퓨터 : 특정분야의 문제 해결이나 제한된 범위의 문제만을 처리 하기 위하여 설계되고 제작된 컴퓨터를 말함

o 이용분야

 군사용 : 미사일이나 항공기의 괘도를 추적하는 일에 쓰임

 사업용 : 핵반응 시설을 제어하거나 공장에서 생산공정을 제어함

 업무용 : 지하철의 운행이나 개찰 , 의료 단층 촬영 등에 이용함

 기타 : 항공기 및 선박의 자동 조정 장치 등에 이용함

2.3 컴퓨터의 분류

군사용 컴퓨터와 산업용 컴퓨터

– 범용 컴퓨터 : 일반적인 자료 처리는 물론 여러 분야에서 광범위하게 사용할 수 있도록 설계되고 제작된 컴퓨터를 말함

- 과학 기술에 필요한 수치 계산

- 수치해석 분야 , 선형 계획 프로그래밍 , 모의 실험 등의 기술 계 산용

- 자동차나 항공기의 설계 , 제조 , 관리

- 생산 , 판매 , 재고 , 급여 , 인사 , 회계 등의 기업업무나 행정 , 금융 업무 등의 사무 처리 분야

– 개인용 컴퓨터 : 통상 PC 라고 부르는 개인의 업무 처리용 컴퓨터를 말함 . 취미 , 오락 , 통신 , 가사 등에 이용되고 있으며 학교에서는 컴 퓨터 보조 교육에 이용하며 공공 단체나 소규모 기업에서는 업무 처리 용으로 이용함

2.3 컴퓨터의 분류



2.3 컴퓨터의 분류

아날로그 컴퓨터

2.3 컴퓨터의 분류

< 표 2.4> 디지털 컴퓨터와 아날로그 컴퓨터 비교



 디지털 컴퓨터와 아날로그 컴퓨터의 장점을 융합하여 만듦

 변환기를 통해 아날로그 형태로 입력된 데이터를 디지털 형태로 처리 한 후에 결과는 아날로그 형태나 디지털 형태로 출력할 수 있는 특수 목적형 컴퓨터

 어떠한 형태의 데이터라도 처리가 가능한 컴퓨터

2.3 컴퓨터의 분류

하이브리드 컴퓨터



 슈퍼 컴퓨터 (super) : 일반적으로 그 당시의 가장 우수한 범용 컴퓨터보다 한두 단계 앞선 최첨단 컴퓨터를 지칭함 . 우리나라에 처음 도입된 슈퍼 컴퓨터는 미국 크레이 리서치사에서 제작한

Cray 2S 이며 그 후 속도가 8 배나 빠른 세리 슈퍼컴 2 호가 도 입되어 가동됨

2.3 컴퓨터의 분류

ASCI Red 컴퓨터 Cray 2S 슈퍼 컴퓨터

 대형 컴퓨터 : 통상 메인 프레임이라고 불리는 대형 컴퓨터는 1 초에 수억 개 이상의 명령어를 처리할 수 있는 고속의 컴퓨터 로서 다수의 이용자가 공유하고 사용하는 분산처리 시스템에서 주로 사용됨

2.3 컴퓨터의 분류

대형 컴퓨터 IBM 4341

 미니 컴퓨터 (mini) : 다양한 주변 장치를 지원하며 일반 업무 처리도 가능한 소형 컴퓨터로 1960 년대 말 연구 , 기술 , 교 육을 목적으로 개발되었으며 가격은 저렴하지만 처리능력이나 용량 면에서 뒤지지 않음

 워크스테이션 (workstation) : 슈퍼 컴퓨터와 연결되어 데 이터와 기억 장치 등을 메인 프레임과 공유하면서 업무를 처리 할 수도 있으며 특정 용도의 실시간 처리를 위해 독자적인 데이 터의 처리 , 기억 , 연산 , 제어 기능을 가지고 있음

2.3 컴퓨터의 분류

SUN 워크스테이션

 마이크로 (micro) 컴퓨터 : 마이크로 프로세서를 사용하여 만든 것으로 개인용 컴퓨터 또는 PC 라고 불리며 데스크 탑이라고도 함

 랩탑 (lap-top) 컴퓨터 : 랩탑 컴퓨터는 무릎에 올려 놓을 수 있 는 소형 컴퓨터로서 통상 노트북 컴퓨터라고 함 . 랩탑은 충전용 배 터리를 이용할 수 있고 이동성이 좋으며 , 기능성 또한 우수함

 팜탑 (palm-top) 컴퓨터 : 팜탑 컴퓨터는 손바닥에 들어갈 만한 소형컴퓨터를 의미함

2.3 컴퓨터의 분류

랩탑 컴퓨터 팜탑 컴퓨터

 PDA : 거의 온종일 이동 중에 일을 수행할 수 있는 세일즈 맨 , 보험 설계사 , 증권 주문 등의 용도에 쓰이는 것으로 언제 어디서든 편리하게 사용할 수 있음

 지능정보단말기 : 현재의 PDA 보다 앞선 기술을 표방하며 고 도의 정보통신 기술을 활용하여 인간과 컴퓨터간의 친밀한 의 사 소통이 가능한 미래 지향형 컴퓨터 기술임

2.3 컴퓨터의 분류

PDA



2.3 컴퓨터의 분류



2.3 컴퓨터의 분류



 10 진법 : 0~9 까지 사용하며 10 을 한 자리의 기본 단위로 하 는 진법

 2 진법 : 0 과 1 의 조합으로 숫자를 표시하는 방법

 8 진법 : 0~7 까지 수로 표시하는 것이 8 진법

 16 진법 : 0~9 까지 그리고 A~F 까지를 사용하여 표시하는 진 법

진법 변환 관계

2.4 수의 표현과 연산

수의 표현과 연산

–

•

2.4 수의 표현과 연산

2.4 수의 표현과 연산

– 2 진수 , 8 진수 , 16 진수의 상호 변환 관 계

•

보수에는 진수를 나타내는 수인 r 의 보수와 (r-1) 의 보수가 있음

– (r-1) 의 보수 : (r-1) 의 값에서 수의 각 자리의 숫자를 빼면 (r- 1) 의 보수를 얻게 됨

– r 의 보수 : (r-1) 의 보수를 구하여 가장 낮은 자리에 1 을 더함

•

컴퓨터에서는 덧셈만 가능하기 때문에 뺄셈의 경우 보수를 이용하여 덧셈으로 변환하여 결과를 얻음

1. 피감수에 감수의 1 의 보수를 취하여 더함

2. 맨 윗자리에 자리 올림수가 있으면 최하위 비트에 1 을 더하고 올 림수가 없으면 결과에서 다시 1 의 보수를 취하고 –를 붙임

2.4 수의 표현과 연산

2.4 수의 표현과 연산

• 1 의 보수에 의한 뺄셈 과정

• 자리 올림수가 없는 1 의 보수에 의한 뺄셈 과정



 비트 (bit) : 컴퓨터에서 사용하는 최소의 단위로서 0, 1 을 나타냄

 바이트 (byte) : 영문 1 글자를 나타내는 단위로 8 비트로 이루어 짐

 워드 (word) : 워드의 크기는 컴퓨터의 종류에 따라 2 바이트 , 4 바이트 , 8 바이트 등이 있는데 통상 4 바이트를 말함

2.5 데이터의 표현

2.5 데이터의 표현

< 표 2.5> 기억 용량의 크기 단위



– MSB(Most Significant Bit) : 부호 비트 ( 양수 :0, 음수 :1) – 양수의 경우 정수 부분 : 10 진수를 2 진수로 변환하여 표시함 – 음수의 경우 정수 부분 : 부호와 절대값의 표현법 . 1 의 보수법이 나 2 의 보수법 중 하나를 쓰는데 보통 2 의 보수법을 많이 사용함

2.5 데이터의 표현



2.5 데이터의 표현

– MSB : 부호 비트 ( 양수 :0, 음수 :1)

– 지수부 : 지수를 2 진수로 변환하여 표시함

– 가수부 : 소수점 안의 유효 숫자를 2 진수로 표현함 . 이때 소수점은 지수부와 가수부 사이에 있는 것으로 가정함



 아스키 코드

(American Standard Code for Information

Interchange:ASCII) : 미국 정보 교환 표준 코드로서 미국 표준 협회가 제정한 데이터 처리 및 통신시스템 상호 간의 정보 교환용 표준 코드

구성 : 패리티비트 :1 개

존 (zone) 비트 : 3 개 (001: 숫자 , 100:A~O, 101:P~Z) 디지트 (digit) 비트 : 4 개

 BCD 코드 (Binary-Coded Decimal Code) : 6 비트를 사용하여 하나 의 문자를 표시하는 방식으로 기억 장치의 단어 길이가 6 의 배수로 설계된 컴 퓨터에 적합함 . 자료 구조는 존 필드와 디지트 필드로 나뉘어 있으며 하나의 문자를 표현함

 EBCDIC 코드 : 한 문자를 8 비트로 나타내며 기존의 BCD 코드를 8 비트 로 확장한 코드로 256 개의 문자까지 표현가능

2.5 데이터의 표현

 한글과 한자 데이터의 표현

 완성형 (KSC5601) : 한글 , 특수문자 , 숫자 한글 낱자 , 한 자 , 외국문자 등의 모양을 미리 만들어 놓고 표현하는 코드 , 메 모리를 많이 차지함 , 글자 정렬과 글자체의 모양을 좋게 할 수 있 음

 조합형 : 현대 한글 음절 11,172 개 모두를 표현할 수 있는 방식 으로 초성 , 중성 , 종성을 각각 별도로 처리하여 모든 글자를 조 합해서 만들 수 있음

 유니코드 (UNICODE) : 한글만을 위한 코드 체계가 아닌 전세 계 언어를 하나의 코드 체계 안으로 통합하려는 컴퓨터 업체들의 합의에 의해 만들어진 코드임 . 2 바이트를 사용하여 각 국가의 언 어를 표시할 수 있으므로 유니코드를 지원하는 프로그램이면 프로 그램 상에서 한글이나 일본어 등에 대한 별도의 처리 없이 자유롭 게 볼 수 있음

2.5 데이터의 표현



 영국의 조지 부울이 제창

 0 과 1 의 2 진수 표현으로 명제의 참 , 거짓 전기 신 호의 유와 무 , 스위치의 ON 과 OFF 등을 표현함

 논리합 , 논리곱 , 논리부정 등 3 가지 연산 기호를 사용하여 논리식 표현에 사용됨



 부울 대수의 기본 연산인 논리합 , 논리곱 , 논리부정 등의 연산을 실행하기 위한 회로로서 논리 게이트

(Logic Gate) 라고도 함

 2 진 정보를 취급하며 보통 2 개 이상의 입력 단자와 하나의 출력단자로 구성됨

2.6 논리 회로

2.6 논리 회로



논리합 회로는 논리합 (OR) 조건을 만족시키는 회로로서 다음과 같이 2 개의 조건이 있을 때 이 중 하나 이상을 만족하는 조건인데 , 입력 A 와 B 중 적어도 한쪽이 1 이면 출력 Y 가 1 이 되는 논리 회로이다 . 논리합 연 산자는‘＋’로 표현한다 .

2.6 논리 회로



논리곱 회로는 논리곱 (AND) 조건을 만족시키는 회로로서 다음과 같이 2 개 의 조건이 있을 때 모든 조건을 만족해야 되는 경우인데 , 입력 A 와 B 가 모두 1 인 경우에만 출력 Y 가 1 이 된다 . 논리곱 연산자는‘ ·’ 로 표현된다 .

2.6 논리 회로



:

논리부정 회로는 논리부정 (NOT) 조건을 만족시키는 회로로서 다음과 같 이 출력 조건이 입력 조건의 반대가 되는 경우인데 , 입력 A 가 1 이면 출 력 Y 는 0, 입력 A 가 0 이면 출력 Y 는 1 이 된다 . 논리부정 연산자는‘

￣’또는‘ ´’ 로 표현된다 .

2.6 논리 회로

주요 논리 회로

2.6 논리 회로

주요 논리 회로

( 계속)