컴퓨터의 역사

[24-2박종욱]

II. 초기의 컴퓨터

1. 전기기계식 계산기-MARK I(1937-1944)

▶ 미국의 하버드 대학교 물리학 교수인 에이큰(Howard Aiken : 1900-1973)이 1937년 IBM사의 지원으로 범용적인 전기기계식(electromechanical) 컴퓨터를 설계•제작하여 "자동순차제어계산기(Automatic Sequence Controlled Calculator) "라고 불렀으나, 후에 "Harvard Mark I"라고 명칭을 바꾸었으며, 실제 가동은 1944년부터였다. 주요 부품과 성능을 보면, 72개의 톱니바퀴와 3,000개의 릴레이(relay), 천마력의 모터를 사용하여 23자리(digit)의 10진수 계산을 수초 이내에 할 수 있었다. 연산의 제어는 천공된 종이테이프를 사용하였으며, 자동축차방식으로 처리되는 완전자동계산기로서 일반적인 명칭은 "MARK I"이다.

2. 아타나소프-베리 컴퓨터(The Atanasoff-Berry Computer :1939-1942)

▶ MARK I의 성능이 만족할 만한 것이 되지 못하였으므로 보다 우수한 성능의 계산기를 만들고자한 사람 가운데, 아이오와 주립대학의 수학 및 물리학 교수인 아타나소프 박사(Dr. John Vincent Atanasoff)가 수학 문제 처리를 위하여 전자공학에 기초한 디지탈 계산기 개발의 필요성을 인식하고, 조수인 베리(Clifford Berry)와 함께 직접 설계에 착수하여 제작하였다. 45개의 진공관을 사용한 이 컴퓨터를 그들의 이름을 따서 아타나소프-베리 컴퓨터라고 불렀으며, 첫글자만을 따서 "ABC"라고도하였다. 아타나소프의 디지탈 컴퓨터 이론은 에커트와 모클리에게 영향을 끼쳐, 이들이 ENIAC을 만드는데 크게 도움이 되었다. 아타나소프는 최근에 와서 "디지탈 컴퓨터의 아버지"로 추앙될 만큼 컴퓨터의 발전에 크게 공헌한 사람으로 평가되고 있다.

3. ENIAC (The Electronic Numerical And Calculator : 1943-1946)

▶ MARK1이 개발된 이후, 전자부품만을 사용하여 만든 세계 최초의 컴퓨터인 애니악(ENIAC)이 미국의 펜실바니아 대학교의 에커트 박사(Dr. J. Presper Eckert)와 모클리 박사(Dr. John W. Mauchly)에 의하여 1946년에 완성되었다. ENIAC은 주요부품으로 18,800개의 진공관과 1,500개의 릴레이 및 그 밖에 많은 부품이 쓰였으며, 소비전력 150Kw에 무게는 30톤으로 설치면적은 약 140㎡나 되는 거대한 장치였다.
성능면에서 보면, 기억용량은 100여자로 한정되었으나 가감산은 매초 5,000번, 승산은 360번, 제산은 170번 정도로 탁상계산기로 20분 정도 걸리는 것을 10초 이내에 처리할 수 있는 능력을 가졌다. 그러나 프로그램은 6,000개에 달하는 스위치와 배선반에 의존하였으므로 비능률적이었다. 이러한 단점을 해결하는 방안으로 제안된 것이 프로그램을 미리 기억시키는 방법이다. 즉 [프린스톤 고등연구소]에서 수학교수로 있던 헝가리 태생의 미국인 폰 노이만(John von neumann:1905-1957) 박사가 1945년에 발표한 그의 논문에서 "전자계산기에 기억장치를 갖추고, 연산의 순서를 부호화하여 기억시킨 후, 기억된 내용을 순차적으로 꺼내어 명령을 해독하여 연산을 실행한다"라는 이른바 프로그램 내장개념(stored program concept)을 주장하였다. 이 폰 노이만의 논문은 그후 오늘날까지 디지탈 컴퓨터의 발전에 큰 영향을 끼친 전자계산기의 기본사상이 되었다.

4. EDSAC(The Electronic Delay Storage Automatic Calculator:1945-1949)

▶ 펜실베니아 대학교에서 폰 노이만의 연구를 돕던 당시의 켐브리지 대학출신의 학생이던(후에 켐브리지 대학의 수학교수가 됨) 윌키스(Maurice Vincent Wilkes:1913- )가 귀국하여 그의 연구팀과 1949년 5월에 EDSAC이라는 컴퓨터를 완성했다. 이 계산기는 각 숫자마다 35개의 2진수를 표시할 수 있는 256개의 숫자를 기억할 수 있으며, 처음시작 연산명령은 5채널의 종이테이프에 천공된 2진수의 형태로 기억장치에 들어가도록 만들어진 2진수의 계산기로서 세계 최초의 프로그램 내장식 컴퓨터가 되었다.

5. EDVAC(The Electronic Discrete Variable Computer:1946-1952)

▶ 펜실베니아 대학교에서는 ENIAC에 이어 보다 더 개선된 컴퓨터 제작 계획을 세우고, "디지탈 정보를 기억 시켰다가 다시 꺼내 쓸 수 있는 개념(the concept of recirculating storage of digital information)"을 실현시키기 위한 기억장치를 만들고자 수은지연소자(mercury delay lines) 개발에 착수했는데 이것이 EDVAC 설계의 시작이었다.
이 개발계획에는 에커트, 모클리, 폰 노이만 외에 골드스타인(Herman H. Goldstine) 박사가 함께 참여하여 1952년에 완성하였는데, 이 기계는 데이타가 저장되는 것과 같은 방법으로 연산처리 제어명령이 내장되는 프로그램 내장식 컴퓨터이었다. EDVAC은 약 4,000개의 진공관과 10,000개의 광석 다이오드(crystal diode)를 사용하였으며, 기억용량 1,024 단어의 수은지연소자 기억장치를 갖고 있었다. 산술연산은 고정소수점연산과 부동소수점연산을 모두 할 수 있었으며, 입출력은 천공된 종이테이프와 IBM카드로 하였다. 이 컴퓨터의 설계방법과 동작원리는 그 후 각종 컴퓨터에 도입되어 "폰노이만식 컴퓨터"라는 말이 생겨날 정도로 컴퓨터 역사상 중요한 위치를 차지하게 되었다.

6. ISA 컴퓨터(The Institute for Advanced Studies Computer:1952)

▶ EDVAC이 완성된 지 얼마 안되어 프린스톤에서 폰노이만과 골드스타인 및 그의 연구팀은 자동식이면서 프로그램 내장식 컴퓨터를 개발하였는데, 이 게산기를 "ISA 컴퓨터"라고 불렀다. 이 계산기는 이전의 계산기들보다 디자인과 성능면에서 많은 장점을 갖는 것이다.



7. UNIVAC I(UNIVersal Automatic Computer:1948-1951)

▶ UNIVAC I은 펜실베니아 대학에서 ENIAC을 만들었던 에크트와 모클리가 학교를 그만두고 1948년 그들 자신의 회사(the Eckert-Mauchly Computer Corporation)를 만들면서 착수하여 1951년에 완성한 "세계 최초의 상업용 컴퓨터"이다. 미국여론조사국에 설치된 이 컴퓨터는 숫자와 영문자를 자유로이 입출력 시킬 수 있는 고속의 범용컴퓨터로서, 매초 약 2,000회 정도의 가감산과 약 460회 이상의 승산, 260회 정도의 제산 및 2,700회 정도의 단순비교를 할 수 있었으며, 정보를 접근하는데 걸리는 시간은 40내지 400 마이크로 초였다.
한편 원시자료를 자기테이프에 옮기는 key-to-tape 장치와 천공카드상의 자료를 자기테이프에 옮기는 card-to-tape 변환기 및 콘솔등의 정보처리 능력을 갖춘 본격적인 사무용컴퓨터였다. 이와같이 UNIVAC I은 컴퓨터로서는 최초로 상품화되고 실용화된 기록을 남겼으며, 또한 제1세대 컴퓨터로서 첫번째 컴퓨터로 알려지게 되었다.
1950년대 초는 새로운 모델의 컴퓨터가 많이 나왔다. IBM사는 1952년에 701이라는 모델명을 가진 상업용 컴퓨터를 내놓은데 이어서 1953년에는 사무용과 과학기술용으로 함께 쓸 수 있는 범용적인 컴퓨터인 "IBM 650"을 발표했다. 한편 NCR(Nation Cash Register)사의 NCR 100계열, 레밍톤 랜드(Remington Rand)사의 "UNIVAC 80"과 "90" 등이 계속 발표되었다.
III. 현대식 컴퓨터의 발전
오늘날과 같은 컴퓨터가 있기까지에는 앞에서 본 바와 같은 발전을 거쳐왔다. 컴퓨터의 발전과정은 보는 관점에 따라 견해를 달리 하겠으나 일반적으로 다음과 같이 구분한다.

1. 제1세대 컴퓨터(1951-1958)
▶ 컴퓨터의 기억장치를 이루는 회로소자로서 진공관을 사용해서 만들었던 시대이다. 진공관을 사용함으로써 전력소모가 많고, 열이 많이 나며, 따라서 고장이 많았으며, 열을 식히기 위한 냉각장치가 필요하고, 부피가 매우 크기 때문에 넓은 공간이 필요한 점 등 단점이 많았다.
주기억장치는 수은지연소자이나 Will-iam관이 사용되었으므로 안정성이 적어 후에 자기드럼으로 개선되었으며, 프로그램은 기계어로 작성하였다. 소프트웨어 보다는 하드웨어 개발에 중점을 둔 시대로서, 컴퓨터의 상품화와 실용화가 시작된 시기였으며, 대표적인 기종으로는 UNIVAC I, 80, 90과 IBM 650과 700계열, Burroughs 220등을 들 수 있고, 이들 컴퓨터는 주로 기술계산과 자료분류 등에 쓰였다.

2. 제2세대 컴퓨터(1958-1963)

▶ 회로소자가 진공관에서 트랜지스터로 바뀐 시대, 즉 1948년에 발명된 트랜지스터가 1958년경부터 컴퓨터에 응용되기 시작했으며, 기억장치를 이루는 회로소자가 트랜지스터와 다이오드 등 반도체 소자로 만들어졌다. 그러므로 크기가 작아지고, 소비전력이 적어지고, 냉각기의 필요성이 감소되었으며, 고장이 적어 신뢰성이 높아졌다.
주기억장치에는 접근 시간이 짧은 자리코어가 이용되었으며, 기억용량이 큰 자기드럼, 자기디스크가 보조기억장치로 사용되었다. 계산속도는 백만분의 1초(μ second)단위 정도까지 향상되었으며, 대표적인 기종으로는 IBM 1401, 7070, UNIVAC Ⅲ, 1107, USSC 80, CDC 3000계열 등을 들 수 있다. 이 기종들은 운영체제(operating system: OS) 개념을 도입하고, 다중 프로그램 방식을 실현하였으며, 적용분야도 정형적인 관리업무와 과학기술계산 등 다양한 목적에 쓰였다. FORTRAN, COBOL, ALGOL 등의 프로그램 언어가 개발되어 컴퓨터의 이용이 보다 쉽게 된 것도 이 시기였다.

3. 제3세대 컴퓨터(1964-1970)

▶ IBM사는 1964년 4월 집적회로(IC: Integrated Circuit)를 기억장치 구성소자로 사용한 'system 360'이라는 새로운 기종을 발표하였는데 이때부터를 제3세대라고 부른다. 컴퓨터에 IC를 사용함으로써 중앙처리장치는 소형화되는 반면, 기억용량은 커졌으며, 따라서 다양한 소프트웨어를 구사할 수 있는 기능이 크게 개선되었을 뿐만 아니라, 관리프로그램과 처리프로그램 및 사용자 프로그램등의 소프트웨어 체계가 확립되었다.
즉 이시대에 운영체제, 다중프로그램, 실시간 처리시스템, 시분할시스템 등이 실현되었다. 이러한 기능들은 인간과 컴퓨터간의 대화 기능을 가능하게 하여, 영상 표시장치(CRT display) 등 단말기에 의한 자료처리가 보편화 되었다.
또한 이 시대에는 '패밀리 사상'이 확립되어 소형에서부터 대형에 이르기까지 프로그램의 호환성을 고려한 각종 컴퓨터 모델이 발표 되었으며, 그 중에서도 IBM 360계열, UNIVAC 1108, CDC 6000계열, Burroughs 5500, Honeywell 200계열, NCR Centry, G.E. 400, 600 등이 주목을 끌었다. 그 밖에 PDP, NOVA, HP 등의 미니 컴퓨터도 관심을 모았다. 위에서 본 바와같이 제3세대는 컴퓨터 발전과정에서 볼 때 발전성과 충실성을 함께 추구했던 시대였다.

4. 제4세대 컴퓨터(1971-1980)

▶ 이것은 제3세대 이후의 세대, 즉 오늘날을 포함한 앞으로의 세대를 뜻하며, 대규모집적회로(Large Scale Integration: LSI)를 소자로 사용한 컴퓨터를 제4세대 컴퓨터라 한다. 수평방밀리의 작은 면적의 칩에 수십만개의 논리소자를 집어넣고, 연산속도도 초대형 컴퓨터에서는 피코 세컨드에 이르고 있으며, 크레이 컴퓨터라고도 하는 슈퍼 컴퓨터는 150MIPS(million instru-ction per second: 초당 명령처리 1억 5천만번의 수행속도)의 처리속도를 가진 것도 현재 가동중에 있다. 미국이나 일본은 1메가 비트(1Mbit : 100만 bit)의 기억용량을 가진 칩의 개발을 마치고 실용화를 서두르고 있으며 앞으로 1천 6백만 비트(16.384 KDRAM)의 기억용량을 가진 칩을 개발 목표로 경쟁하고 있다고 한다.
한편 개인용 컴퓨터(personal computer)의 급속한 보급으로 기업체에서는 OA(Office Automation: 사무자동화), 공장에서는 FA(Factory Automation: 공장자동화), 가정에서는HA(Home Automation: 가정자동화)의 경향이 거세게 일고 있다. 또 인공위성을 통한 컴퓨터 정보통신망(computer network) 및 인터넷(Internet)의 발달로 전세계가 수초의 정보권이 되었다.

5 .제5세대 컴퓨터(1981-1992)

▶ 80년대에 접어들면서 새로운 컴퓨터에 대한 요구가 생겨나기 시작했다. 새로운 세대의 컴퓨터는 5세대 컴퓨터로 불리우며, 그 지향하는 연구 개발 목표는 지식 정보 처리를 가능하게 하는 것이며 여기에서 중심이 되는 기능으로 다음의 3가지가 있다.
첫째는 주어진 정보에 대해 이미 기억하고 있는 정보 혹은 지식에서 컴퓨터 자신이 문제의 해결 방법을 추측하면서 결론을 얻을 수 있는 추론 기능과 새로운 문제에 대응하는 내용을 고도로 활용할 수 있는 형태로 기억하는 학습 기능, 둘째는 문제의 대상 영역에 대한 정보 및 법칙성, 의미 등의 정보를 고도의 지식으로 활용할 수 있는 형태로 조직화해서 기억하고 검색할 수 있는 지식 데이타 베이스 기능, 세째는 자연 언어, 음성 입출력, 도형, 화상 등의 이용으로 유연하며 자연스러운 회화 능력을 실현하기 위한 지적 인터페이스 기능이 그것이다.
이러한 기능들을 지원하는 제5세대 컴퓨터 시스템은 하드웨어, 지식 중심 언어, 인공 지능 소프트웨어, 그리고 코드화된 지식 베이스로 구성된다. 그 중에서 일본과 DARPA[Conway 84, LHTA 182]에서 제창한 하드웨어는 다음과 같은 네가지 특성을 갖는다.
첫째는 초고속 장치이다. 소형이면서도 대규모로 집적된 VLSI를 이용한 빠른 장치로 시스템에 요구되는 속도를 얻을 수 있다.
둘째는 거대한 병렬처리를 허용하는 구조를 고안, 개선하여 해결할 수 있다.
세째는 논리적 추론을 지원하는 원시연산이 필요하다. 따라서 하드웨어는 가능한 한 효과적으로 그 연산을 구현하여야 한다.
네째는 논리적 프로그래밍, 인공 지능 기법, 그리고 병렬 처리 개념을 내포하는 추상적 언어가 제공되어야 한다. 그 언어를 지원하는 구조는 코드 밀도와 처리 속도에 이점을 제공한다.
한편, 1982년 4월에 제5세대 컴퓨터의 연구 개발을 추진하는 모체로서 신세대 컴퓨터 개발 기구(ICOT : Institude for New Generation Computer Technology)가 발족되어 많은 연구 성과가 있었으며 현재는 세계 각국의 연구 참여도 이루어지고 있다. 그러나 일본은 단순히 미국을 따라잡는 이상의 성공을 거두었다. 그 후(1957년 전자공업 육성법 통과후) 정확히 30년뒤인 1987년 미국 정부의 지시에 따라 수행, 발표된 미국방과학위원회(DSB)의 한 결정적인 연구보고에 의하면 서방세계가 지금까지 가장 우려하던 일이 사실로 드러났다. 이 보고서는 일본이 반도체 기술의 핵심영역에서 미국을 따라 잡았으며 세계 제1의 마이크로칩 생산국가가 되었다고 결론지었다. 일본 통상성은 강력한 힘으로 일본의 칩생산 및 가격과 결정적으로 중요한 기기들의 수급을 통제함으로써 3백80억달러(1991년)에 달하는 세계 반도체 시장을 중개자 역활을 하고 있다. 결국 1991년 초 미국이 주도가 되어 수행했던 걸프전에서 사용된 첨단무기들이 주로 일제칩에 의존했던 것은 널리 알려진 사실이다. 수입면에서 1990년 세계 10대 반도체 회사 가운데 NEC, 도시바, 히타치, 후지쯔, 미쓰비시, 마스시나 등 6개가 포함되었다. 이제 일본은 신정보처리기술(NIPT : new information processing technology) 이라는 공식명칭하에 제6세대 프로젝트를 시작했다. 1989년 일본 통상성은 10년간에 걸쳐 수행될 신경망연구계획을 시작한 것이다. 소위 제6세대 신정보처리 프로젝트는 첫째는 신경망에 큰 중점을 둘 것으로 예상된다. 인간두뇌의 모형에 다른 직관적인 정보처리에 촛점을 맞추고 있다. 둘째는 퍼지로직(fuzzy logic)을 이용하여 인간과 같은 판단능력을 가진 시스템을 개발하는 두가지 방법을 사용하게 된다.일본은 새로운 세대의 신경컴퓨터의 실현을 예상하고 있는 것 같다. 특히 이를 실현시킬 하드웨어가 뒷받침되고 있다는 점에서 낙관적이지만 그렇게 낙관적인지는 결과를 보아야 알 수 있을 것 같다.

6. 제6세대 컴퓨터(1993-?)

▶1992년 여름에 인텔은 또다른 CPU인 펜티엄을 발표했다. 이는 i586으로 불리울 것으로 예상했던 많은 사람들에게는 조금의 의외의 명칭이다. 펜티엄은 486에 비해 4배의 속도를 가지고 있고, 부동소수점 연산능력에서는 특히 탁월한 것으로 알려졌다. 64비트 데이타버스를 지원한다는 것 이외에도 386이나 486에 채택된 많은 기술과 아울러 새로운 기술도 채택되었는데, 이중 파이프라인(pipe line)이나 분기예측과 같은 것이 그것이다.
이외에도 310만개 트랜지스터의 집적, 100MIPS이상, Load, Store 등의 마이크로코드를 하드웨어로 구현, 각각 8KB의 코드 캐시와 데이타 캐시의 분리, 고성능 부동소숫점 유닛(FPU : Floating Point Unit), 앞에서 언급했던 기능등을 통합한 멀티 프로세싱 기능, 메모리 페이지의 크기를 선택할 수 있는 기능을 제공하는 것이 그것이다.
그러나 펜티엄이 넘어야 할 산은 높고도 많다. 그 산은 지금까지 워크스테이션 분야에서 두각을 나타내고 있는 리스크(명령어 축소형 컴퓨터, RISC : Reduced Instruction Set Computer)칩과의 경쟁이고 또 다른 하나는 새로 태어난 알파AXP 칩이다. 지금까지는 시스크(명령어 복합형 컴퓨터, CISC : Complex Instruction Set Computer)가 리스크에 대항할 수 없을 것 같았지만, 리스크 칩에 가까운 기능을 제공하는 뿐 아니라 32비트 아키텍쳐인 386, 486, 64비트의 펜티엄 뿐만 아니라 리스크인 R4000 / R4400칩과 알파 ASP칩을 모두 지원하기 때문에 워크스테이션 시장에서의 한판 대결이 예상된다. 또한 IBM과 모토롤라과 애플의 합작품인 리스크에 기반한 파워 PC(PowerPC)도 밉스당 가격과 성능에 따라 펜티엄과의 격돌이 에상된다.