21세기의 컴퓨터 사용의 특징은 유무선 통신과 결합하여 사용합니다. 대표적인 예로 휴대폰을 비롯한 모바일 장치가 있습니다.
모바일 장치를 이용하면 언제 어디서나 인터넷 통신 환경에 접속하여 필요한 정보를 얻을 수 있습니다. 최근에는 스마트폰(Smart Phone) 가입자가 큰 폭으로 증가하면서 더 정교하며 우수한 모바일 장치의 개발, 혁신이 이루어지고 있습니다.
하지만 이렇게 간편한 소형 장치들은 모두 예전의 컴퓨터 형태를 발전시킨 것입니다. 오늘날 컴퓨터, 스마트 폰이 현재의 모습을 갖추기 이전에 어떤 과정을 거쳤는지 그 발전 과정을 살펴볼 필요가 있습니다.
컴퓨터의 발전 과정
컴퓨터는 많은 시행착오(試行錯誤)를 거쳐 현재까지 발전해왔습니다.
간단한 주판에서부터 파스칼의 계산기, 라이프니츠의 계산기, 찰스 배비지의 차분기관과 해석기관, 천공카드 시스템, 튜링 기계, ABC, MARK-I, ENIAC, EDSAC와 EDVAC 등으로 발전했습니다.
이러한 기기들이 오늘날 컴퓨터의 기반을 만든 중요한 계산기라고 할 수 있습니다.
주판
동양의 경우 기원 전 26세기경 중국에서 만들어졌으며, 서양의 경우 기원전 3세기~4세기경 바빌로니아에서 고안되었습니다. 주판은 수차례 개량되었고 현재에도 여전히 사용되고 있습니다.
금융권에 컴퓨터가 도입되지 않았던 1990년 이전에는 은행 등에서 주판을 많이 사용했습니다. 그러나 컴퓨터의 도입 후 주판은 완전히 사라졌습니다.
파스칼의 계산기
프랑스의 수학자 블레즈 파스칼(Blasise Pascal)은 1642년 톱니바퀴를 사용해 덧셈과 뺄셈이 가능하고 반복을 통해서 곱셈과 나눗셈도 할 수 있는 최초의 기계식 계산기를 제작했습니다.
이 기계는 처음에는 산술 기계 또는 파스칼의 계산기라고 불리다가 나중에 파스칼린(Pascaline)이라고 불리게 되었습니다.
파스칼 계산기의 탄생은 유럽에서 점차 전 세계적으로 기계식 수동 계산기 개발을 촉발시켰으며, 그로부터 320년이 지난 1971년 비지컴 계산기를 위해 개발된 마이크로프로세서의 발명으로 파스칼 계산기는 종말을 맞이했습니다.
라이프니츠의 계산기
독일의 수학자 라이프니츠(Gottfried Wilhelm von Leibniz)는 1671년 파스칼의 계산기를 개량해서 덧셈과 뺄셈, 곱셈과 나눗셈 그리고 제곱근까지 구할 수 있는 계산기를 만들었습니다.
라이프니츠가 발명한 계산기는 파스칼이 발명한 파스칼린과 똑같은 톱니바퀴 방식입니다. 하지만 스텝 실린더(Stepped Cylinder)라는 9개의 커다란 기어들을 사용한 것이 라이프니츠 계산기의 가장 큰 특징입니다.
각각의 9개의 기어 크기가 다르고, 보다 작은 기어들이 그 위에 위치해 있으며 각각의 기어들은 피승수(被乘數)를 표시하고 커다란 기어의 대응되는 숫자에 적용되도록 위치시켰습니다. 커다란 기어들은 각각의 완전한 1회 회전은 일단 피승수로 기록되고 승수는 큰 기어들의 회전수로 표시되도록 하였습니다.
차분기관과 해석기관
영국의 수학자 찰스 배비지(Charles Babbage)는 1822년 다량 함수를 계산할 수 있는 기계식 계산기인 차분기관(Difference Engine)을 고안했습니다.
그 후 1833년 조금 더 일반적인 계산이 가능한 해석기관(Analytical Engine)도 설계했으나, 모두 생전에 실제 제작까지 전부 이뤄내지는 못했습니다. 그러나 해석기관은 현재 우리가 사용하는 컴퓨터와 매우 유사하여 제어 기능, 연산 기능, 기억 기능, 입출력 기능을 가진 장치를 모두 포함하며 프로그램도 사용됩니다.
차분기관(差分機關)
다량 함수를 계산하기 위한 기계식 계산기입니다.
다항함수를 통해 로그함수와 삼각함수의 근사치를 계산할 수 있습니다. 배비지가 차분기관을 설계만 하고 제작하지 못한 것은 그 당시 공학 기술로 차분기관 같은 정교한 기계를 제작하는 것이 불가능했기 때문이라고 추측하고 있습니다.
천공카드 시스템
미국의 허먼 홀러리스(Herman Hollerith)는 1889년 종이 카드에 구멍을 뚫어 자료를 처리하는 천공카드 시스템(Punch Card System)을 개발했습니다.
이 시스템은 수백 장의 카드를 읽고 기억하는 데 1분도 걸리지 않는, 매우 획기적인 시스템으로 인식되었습니다. 천공카드 시스템의 등장으로 당시 7년 이상 소요되던 인구조사 통계 처리 기간이 3년 이하로 단축됐습니다.
튜링 기계
영국의 수학자 앨런 매시슨 튜링(Alan Mathison Turing)은 1936년에 발표한 컴퓨터 설계의 수학적 논리에 대한 논문에서 컴퓨터의 실행과 저장에 관한 추상적인 모델인 튜링 기계(Turing Machine)를 제안했습니다.
튜링 기계는 테이프를 가지고 있는데, 테이프에 부호를 기록하여 이를 다시 읽거나 변경할 수 있고 테이프를 앞뒤로 움직일 수도 있습니다. 튜링기계는 현재 컴퓨터 과학 이론에서 널리 사용되고 있습니다.
ABC(Atanasoff Berry Computer)
ABC는 1942년 미국의 아이오와 주립대(Iowa State University)의 교수 아타나소프(John Atanasoff)가 조교 베리(Clifford Berry)의 도움으로 개발한 컴퓨터입니다.
이는 기계식 계산기로는 불가능한 복잡한 수학 계산을 수행할 수 있는 세계 최초의 전자식 계산기로 알려져 있습니다.
마크 원 컴퓨터(MARK-1)
하버드대(Harvard University) 교수 하워드 에이킨(Howard Aikin)은 1944년 IBM(International Business Machines - 기업 이름입니다.)의 후원으로 세계 최초의 전기 기계식 계산기인 MARK-I을 개발했습니다.
MARK-I은 찰스 배비지의 해석기관을 개발하여 만든 것으로 미국 해군의 탄도 계산에 사용된 바 있으며, 수많은 수학이나 과학 계산 문제를 해결하는 데 사용됐습니다.
에니악(ENIAC)
미국 펜실베니아대(University Of Pennsylvania)의 교수 존 모클리(John Mauchly)와 공학자 프레스퍼 에커트(Presper Eckert)는 1946년 전자식 계산기인 ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator)을 개발했습니다.
ENIAC은 제2차 세계대전(1939~1949년) 중에 탄도 거리 계산을 목적으로 개발이 되었으나, 실행상의 여러 가지 결함들을 가지고 있었습니다.
그러나 ENIAC의 개발은 상업용 컴퓨터의 가능성을 확인할 수 있는 기회가 되었고, 이후 모클리와 에커트는 1951년 최초의 상업용 컴퓨터인 UNIVAC-I을 개발했습니다. ENIAC은 진공관을 약 18,000여 개를 사용해 개발됐으며, 기존의 전기 기계식 계산기보다 처리 속도가 1,000배 정도 더 빨랐습니다. 하지만 무게가 무려 30톤에 이르렀고, 평균적으로 7분에 한 번 정도 오류가 발생했다고 합니다.
EDSAC, EDVAC
EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Calculator)은 프로그램 내장방식(Stored Program)을 최초로 적용한 계산기입니다.
영국의 케임브리지대(University Of Cambridge) 교수 모리스 빈센트 윌키스(Sir Maurice Vincent Wilkes)의 개발팀은 1949년에 최초의 프로그램 내장방식 이론을 적용한 계산기인 EDSAC을 개발했습니다.
한편 폰 노이만(John Von Neumann)의 제안으로 ENIAC을 개발한 모클리와 에커트도 1945년 프로그램 내장방식을 채택한 컴퓨터인 EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)을 개발했습니다. 그리고 이들은 1951년 EDVAC을 더욱 발전시켜 세계 최초의 상업용 컴퓨터(현재의 UNIVAC-I 컴퓨터)를 개발했습니다.
현재의 컴퓨터
1950년대부터 현재까지 전자 기술이 급속히 발달하면서 프로세서 및 메모리가 진공관에서 트랜지스터, 집적회 및 마이크로프로세서로 대체됐습니다.
또한 컴퓨터의 크기는 작아졌고, 그 성능은 더 향상되었습니다. 1970년대부터는 통신 기술의 발달로 인터넷이 연결되면서 컴퓨터로 자원을 공유할 수 있게 되었고, 1990년대에는 월드 와이드 웹(WWW : World Wide Web) 기술이 적용되면서 컴퓨터 사용자가 폭발적으로 증가했습니다.
그리고 2000년대 이후에는 무선통신 기술의 발달로 Wi-Fi 모듈을 장착한 휴대용 컴퓨터들이 등장하여 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
프로그램 내장방식에 대하여
- 미국의 수학자 폰 노이만은 1945년 프로그램 내장방식을 제안했습니다. 당시 컴퓨터는 어떤 작업을 할 때마다 매번 설치된 스위치를 다시 세팅해야 하는 번거로움이 있었습니다. 이를 해결하기 위해 제안된 프로그램 내장방식은 프로그램과 데이터를 외부로부터 받는 것이 아니라, 내부의 기억장치에 저장해놓고 프로그램의 각 명령을 순서대로 꺼내어 해독하고 실행하는 개념입니다.
1942년 8월 '맨해튼 계획'에 참여한 폰 노이만은 '프로그램 내장방식'을 '전자계산기의 이론 설계 서론'에 발표했습니다. 마침내 프로그램 내장방식은 1949년 EDSAC 개발에 적용되었으며, 오늘날 모든 컴퓨터 설계에 기본이 되고 있습니다.
세계 최초의 전자식 계산기는 무엇인가?
세계 최초의 전자식 계산기에 대한 논쟁은 20세기 중반에 상당한 주목을 받았습니다. 주요 두 계산기, ABC(Atanasoff–Berry Computer)와 ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)는 각각의 기술적 특성과 업적 때문에 그 최초의 타이틀을 주장했습니다.
ABC (Atanasoff–Berry Computer)
- ABC는 1937년에 아이오와 주립대학교의 물리학 교수인 John Vincent Atanasoff와 그의 대학원생 Clifford Berry에 의해 개발되기 시작했습니다.
- 1942년에 완성되었으며, 이는 이진수를 기반으로 하는 전자식 계산기로 여겨졌습니다.
- 그러나 ABC는 프로그램 내장 방식이 아닌, 특정한 계산을 위해 설계되었기 때문에 범용 계산기로는 간주되지 않았습니다.
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
- ENIAC는 1945년에 미국에서 John Mauchly와 J. Presper Eckert에 의해 개발되었습니다.
- 이는 본격적으로 프로그래밍이 가능한 전자식 범용 계산기로 간주되며, 그 크기와 복잡성 때문에 당시에는 상당한 주목을 받았습니다.
- ENIAC은 군사 목적, 특히 대포 발사 테이블의 계산을 위해 설계되었습니다.
1950년대 초, ENIAC을 세계 최초의 전자식 계산기로 보는 주장에 대해 Atanasoff는 반발하였고, 이 문제는 1973년에 법정에서 결정되었습니다. 판결에서는 ABC가 "전자식 계산의 기본 원리들"을 최초로 실현한 기계로 인정받았고, ENIAC의 특허는 무효로 판정되었습니다.
그러나, 많은 사람들이 여전히 ENIAC을 세계 최초의 전자식 "범용" 계산기로 인식하는 이유는, ENIAC이 그 규모와 기능성, 그리고 프로그래밍의 가능성 때문에 상당한 영향을 미쳤기 때문입니다.
결론적으로, ABC는 특정 계산을 위해 설계된 최초의 전자식 계산기로 인정받았지만, ENIAC은 범용적인 기능을 갖춘 전자식 계산기로서의 주요 업적을 지니고 있습니다.
컴퓨터의 발전 과정 정리표
| 시대 | 주요 발전 |
|---|---|
| 1930년대 ~ 1940년대 초기 | ABC, ENIAC 등 초기 전자식 계산기 등장 |
| 1940년대 중반 ~ 1950년대 | 프로그램 내장 컴퓨터의 개념 도입, EDSAC, UNIVAC I, IBM 701 등 출시 |
| 1960년대 | 트랜지스터 기반 컴퓨터의 등장, IBM System/360 등 시리즈 출시 |
| 1970년대 | 마이크로프로세서의 등장, Apple I, Apple II, Commodore PET 등 개인용 컴퓨터 출시 |
| 1980년대 | IBM PC 출시, 운영체제 Microsoft Windows 등장 |
| 1990년대 | 인터넷의 대중화, 그래픽 사용자 인터페이스의 보급 |
| 2000년대 | 모바일 컴퓨팅, 소셜 미디어의 등장, 클라우드 컴퓨팅의 발전 |
| 2010년대 | 인공 지능, 빅데이터, 가상현실 및 증강현실의 발전 |
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