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컴퓨터

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목차

1. 개요

컴퓨터는 계산을 뜻하는 라틴어 'computare'에서 유래된 단어로, 자동적으로 계산하거나 데이터를 처리하는 기계를 의미한다. 20세기 중반까지는 계산을 수행하는 사람, 즉 인간 컴퓨터를 지칭했으나, 현재는 프로그래밍이 가능한 전자 회로 기반의 기계를 주로 의미한다. 컴퓨터는 입력, 제어, 기억 및 저장, 연산, 출력의 기능을 수행하며, 아날로그와 디지털 방식으로 구분되지만, 1960년대 이후로는 디지털 방식이 주로 사용된다. 컴퓨터는 다양한 분류 기준에 따라 슈퍼컴퓨터, 개인용 컴퓨터, 임베디드 시스템 등으로 나뉘며, 하드웨어와 소프트웨어로 구성된다. 초기에는 군사 및 과학 연구에 활용되었으나, 네트워크와 인터넷의 발달, 엔터테인먼트, 디자인, 시뮬레이션 등 다양한 분야로 응용 범위를 넓혀왔다. 컴퓨터 관련 직종과 학문 분야는 지속적으로 발전하고 있으며, 컴퓨터 과학, 소프트웨어 공학, 정보 시스템 등이 대표적이다.

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컴퓨터

2. 어원

'컴퓨터'(computer)라는 명칭은 계산한다는 뜻의 라틴어 '콤푸타레'(computare)에서 유래했다. 이 단어의 어근은 '콤'(com)과 '푸투스'(putus)로, '함께'(com)와 '생각하다'(putus)의 합성어이다. 영어로는 '''calculate 또는 estimate'''로 번역되며, '생각을 정리하며 수식을 따라 계산하는 것 또는 계산하는 사람'을 의미한다. '컴퓨터'라는 말의 의미는 시대에 따라 변화했다. 과거에는 기계적인 도움의 유무에 관계없이 수학 계산을 수행하는 사람을 가리키는 말로 사용하였다. 현재에는 기계를 의미하는 경우가 더 많지만, 여전히 수학 계산을 하는 사람으로도 사용한다. 옥스퍼드 영어 사전 제2판(ODE2) 목록에 따르면 1897년에 처음으로 기계적 계산을 수행하는 기계를 일컫는 말로 사용되었다. 1946년까지 여러 수식어가 소개되었는데, 이것들은 여러 종류의 컴퓨터를 구별하기 위한 것들이었다. 이 수식어들은 아날로그, 디지털을 포함하고 있다.[1]

한국어의 순화어로는 셈을 하는 틀이라는 셈틀이 있다.

인간 컴퓨터
현대의 컴퓨터가 등장하기 전, 현미경과 계산기를 사용하는 인간 컴퓨터(1952년)


20세기 중반까지는 “컴퓨터”라는 단어가 현대적인 의미를 갖지 않았다. 옥스퍼드 영어 사전에 따르면, “컴퓨터”라는 단어가 처음 사용된 것은 1613년 영국 작가 리처드 브래스웨이트가 쓴 책 ''The Yong Mans Gleanings''에서이며, 당시의 의미는 계산이나 계산을 수행하는 사람, 즉 인간 컴퓨터를 의미했다. "나는 시간을 가장 정확하게 계산하는 사람이자, 지금까지 살았던 최고의 산술가의 글을 읽었는데, 그는 당신의 날들을 짧은 숫자로 줄였다."라는 구절에서 이 의미를 확인할 수 있다. 이러한 의미는 20세기 중반까지 계속되었다. 이 기간 후반에는 남성보다 임금을 적게 지급할 수 있다는 이유로 여성들이 컴퓨터로 종종 고용되었다. 1943년까지 대부분의 인간 컴퓨터는 여성이었다.

온라인 어원 사전은 “컴퓨터”의 최초 기록된 용례를 1640년대 “계산하는 사람”이라는 의미로 제시하며, 이는 "compute (v.)에서 파생된 에이전트 명사"라고 설명한다. 온라인 어원 사전은 "어떤 종류의 계산 기계"를 의미하는 용례는 1897년부터라고 명시한다. 또한 "프로그래밍 가능한 디지털 전자 컴퓨터"를 의미하는 현대적 용례는 "1945년 이 이름으로 등장했으며, 이론적으로는 튜링 머신으로 1937년부터 사용되었다"고 언급한다.[1] 현대 컴퓨터는 훨씬 더 높은 수준의 기능을 수행할 수 있지만, 이름은 그대로 유지되었다.

한국에서는 “컴퓨터”라는 표기가 주로 사용된다.[139]

대한민국 법률 용어, 예를 들어 형법이나 저작권법 등에서는 “전자계산기”라고 표현한다(영어의 electronic computer에 해당). 이는 전산기로 약칭된다. “전산업무”, “전산처리”, “전산실” 등의 용어에는 “컴퓨터의”라는 의미로 “전산”이라는 표현이 포함되어 있다. 한국정보과학회가 한국에서의 컴퓨터 역사를 조사하여 학회지에 게재한 후지쯔의 역사를 다룬 논문[140]에 따르면, 전자계산기 이전 시대에 릴레이 기반 컴퓨터로 서비스를 시작한 후지쯔에서 (전자는 아니지만) 사용하기 시작한 용어라고 한다.

중화인민공화국이나 타이완 등에서는 “전뇌(電腦)”가 사용되며, 한국에서도 취미 분야에서는 “전뇌”가 사용되는 경우가 있다.

1950년대에는 “인공두뇌”[141]나 “전자두뇌”라고도 표현했다.

3. 컴퓨터의 기능

컴퓨터는 입력된 데이터를 분석하고 처리하여 사용자에게 결과를 제공한다. 컴퓨터가 업무를 처리하기 위해서는 입력, 제어, 기억, 연산, 출력의 다섯 가지 장치가 서로 밀접하게 연관되어야 한다.

현대 컴퓨터는 프로그래밍이 가능하다는 특징을 가지며, 이는 컴퓨터에 명령어(프로그램)를 제공하면 컴퓨터가 그 명령어들을 처리한다는 것을 의미한다. 폰 노이만 아키텍처 기반의 현대 컴퓨터는 명령형 프로그래밍 언어 형태의 기계어를 사용한다. 일반적인 현대 컴퓨터는 초당 수십억 개의 명령어(기가플롭스)를 실행할 수 있으며, 수년간 작동해도 거의 실수를 하지 않는다.

컴퓨터 명령어는 두 수를 더하거나, 데이터를 이동시키거나, 외부 장치에 메시지를 보내는 등 간단한 작업들을 수행한다. 이러한 명령어는 메모리에서 읽혀지고, 일반적으로 주어진 순서대로 실행된다. "점프" 명령어 (분기)를 통해 프로그램의 다른 위치로 이동하거나, 조건부 명령어를 통해 이전 계산 결과나 외부 이벤트에 따라 다른 명령어 시퀀스를 사용하게 할 수 있다.

프로그램 실행은 책을 읽는 것에 비유할 수 있다. 책을 읽을 때, 독자는 때때로 이전 부분으로 돌아가거나 관심 없는 부분을 건너뛸 수 있다. 마찬가지로, 컴퓨터도 프로그램 내의 제어 흐름에 따라 특정 부분의 명령어를 반복하거나 조건을 만족할 때까지 반복 수행할 수 있다.

계산기로 1부터 1,000까지의 모든 수를 더하려면 많은 시간과 노력이 필요하고 실수할 가능성이 높다. 반면 컴퓨터는 몇 가지 간단한 명령어로 이 작업을 수행하도록 프로그래밍될 수 있으며, 매우 빠른 속도로 정확하게 완료할 수 있다.

컴퓨터는 전자 장치일 필요도, 프로세서나 RAM, 하드 디스크를 갖출 필요도 없다. "컴퓨터"라는 단어는 원래 계산하는 사람을 의미했지만, 현대에는 "정보를 처리하는 모든 장치"를 포괄하는 의미로 사용된다.

역사적으로 다양한 종류의 컴퓨터가 개발되어 왔다.



1970~80년대까지는 아날로그 컴퓨터도 포함되었지만, 1990~2000년대에는 주로 전자 회로를 이용한 디지털 방식의 프로그램 내장 방식 컴퓨터를 가리키게 되었다.

컴퓨터는 수치 계산, 정보 처리, 데이터 처리, 제어, 시뮬레이션, 문서 작성, 영상 편집, 게임, 가상 현실(VR), 영상 인식, 인공 지능 등 다양한 분야에 활용된다. 최근에는 양자 컴퓨터도 연구 개발되고 있다.

컴퓨터의 종류에는 메인프레임, 슈퍼컴퓨터, 개인용 컴퓨터(마이크로컴퓨터) 외에도 임베디드 시스템, 싱글보드 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 등이 있다.

세계에 존재하는 컴퓨터의 대수는 다음과 같다. (2018~2019년 기준)

종류대수비고
임베디드 시스템약 100억 대[136]
스마트폰33억 6천만 대[137]
서버, 데스크톱 PC, 노트북 PC20억 대 이상[138]



컴퓨터 네트워크는 1990년대에 폭발적으로 보급되어 현재는 인터넷과 연결된 수많은 컴퓨터가 IT 인프라로서 다양한 서비스를 지원하고 있다.

영어 "computer"는 원래 계산하는 사람을 가리켰으며, 이 용법은 현재도 유효하다. 옥스퍼드 영어 사전에서는 1946년까지는 "computer" 앞에 수식어를 붙여 서로 다른 방식의 계산기를 구분했다고 한다. (예: analogue computer, digital computer, electronic computer)

3. 1. 입력

컴퓨터의 입력 장치는 프로그램을 컴퓨터 내부의 메모리로 읽어들이는 기능을 한다. 입력 장치를 통해 처리되지 않은 데이터가 컴퓨터로 전송되면, 데이터는 처리되어 출력 장치로 보내진다. 입력 장치는 수동식 또는 자동식일 수 있으며, 처리 작업은 주로 CPU에 의해 제어된다.

입력 장치의 예는 다음과 같다.

3. 2. 제어

프로그램의 명령을 하나씩 읽고 해석하여, 모든 장치의 동작을 지시하고 감독·통제하는 기능이다. 제어 기능은 컴퓨터에서 가장 핵심적인 기능으로, 이러한 제어 기능이 있기 때문에 컴퓨터는 자동성을 갖는다. 제어 기능은 중앙 처리 장치(CPU)의 제어부에서 담당한다.[135]

제어 장치(종종 제어 시스템 또는 중앙 제어기라고 함)는 컴퓨터의 다양한 구성 요소를 관리한다. 프로그램 명령어를 읽고 해석(디코딩)하여 컴퓨터의 다른 부분을 활성화하는 제어 신호로 변환한다. 고급 컴퓨터의 제어 시스템은 성능을 향상시키기 위해 일부 명령어의 실행 순서를 변경할 수 있다.

모든 CPU에 공통적인 주요 구성 요소는 프로그램 카운터이며, 이는 다음 명령어를 읽을 메모리의 위치를 추적하는 특수 메모리 셀(레지스터)이다.

제어 시스템의 기능은 다음과 같다. (CPU의 종류에 따라 일부 단계가 동시에 또는 다른 순서로 수행될 수 있다.)

1. 프로그램 카운터가 가리키는 셀에서 다음 명령어의 코드를 읽는다.

2. 명령어의 숫자 코드를 다른 시스템 각각에 대한 일련의 명령 또는 신호로 디코딩한다.

3. 프로그램 카운터를 증가시켜 다음 명령어를 가리킨다.

4. 명령어에서 필요로 하는 데이터를 메모리의 셀(또는 입력 장치)에서 읽는다. 이 필요한 데이터의 위치는 일반적으로 명령어 코드 내에 저장된다.

5. ALU 또는 레지스터에 필요한 데이터를 제공한다.

6. 명령어가 완료하는 데 ALU 또는 특수 하드웨어가 필요한 경우 하드웨어에 요청된 작업을 수행하도록 지시한다.

7. ALU의 결과를 메모리 위치 또는 레지스터 또는 출력 장치에 다시 쓴다.

8. 1단계로 돌아간다.

프로그램 카운터는 ALU에서 수행되는 계산으로 변경될 수 있다. 프로그램 카운터에 100을 더하면 다음 명령어가 프로그램에서 100개 위치 더 아래에서 읽히게 된다. 프로그램 카운터를 수정하는 명령어는 종종 "점프"로 알려져 있으며, 루프(컴퓨터에서 반복되는 명령어)와 조건부 명령어 실행(제어 흐름)을 허용한다.

제어 장치가 명령어를 처리하기 위해 거치는 일련의 작업은 그 자체로 짧은 컴퓨터 프로그램과 같으며, 실제로 더 복잡한 CPU 설계의 경우 마이크로시퀀서라는 또 다른 더 작은 컴퓨터가 이러한 모든 이벤트를 발생시키는 마이크로코드 프로그램을 실행한다.

3. 3. 기억 및 저장

컴퓨터의 기억 및 저장 기능은 입력 장치에서 읽은 데이터, 프로그램, 중간 결과 및 처리 결과를 보관하는 역할을 한다. 이 기능은 중앙 처리 장치(CPU)의 주기억 장치와 보조 기억 장치에 구현되어 있다. HDD (SSD)와 RAM이 여기에 해당한다.

컴퓨터 메모리는 숫자를 저장하거나 읽을 수 있는 셀 목록으로 볼 수 있다. 각 셀은 고유한 "주소"를 가지며, 하나의 숫자를 저장할 수 있다. 컴퓨터는 "1357번 셀에 숫자 123을 저장하라"는 식의 명령을 받는다. 메모리에는 문자, 숫자, 명령어 등 어떤 정보든 저장할 수 있다. CPU는 정보 유형을 구별하지 않으므로, 메모리에 저장된 내용에 의미를 부여하는 것은 소프트웨어의 역할이다.

현대 컴퓨터에서 각 메모리 셀은 8비트(1바이트) 단위로 2진수를 저장한다. 각 바이트는 0부터 255까지의 숫자를 나타낼 수 있다. 더 큰 숫자는 여러 바이트를 연속적으로 사용하여 저장한다. 음수는 2의 보수 표기법으로 저장하는 것이 일반적이다. 현대 컴퓨터는 수십억 바이트 이상의 메모리를 갖추고 있다.

CPU에는 레지스터라는 특수 메모리 셀 집합이 있어, 주기억 장치보다 훨씬 빠르게 읽고 쓸 수 있다. 레지스터는 자주 사용되는 데이터 항목을 저장하여 컴퓨터 속도를 높이는 데 기여한다.

컴퓨터 주기억 장치는 크게 RAM (Random Access Memory)과 ROM (Read-Only Memory) 두 가지로 나뉜다. RAM은 CPU가 읽고 쓸 수 있지만, ROM은 변경할 수 없는 데이터와 소프트웨어가 미리 저장되어 CPU가 읽기만 가능하다. ROM은 주로 컴퓨터 초기 시작 명령을 저장하는 데 사용된다. RAM은 전원이 꺼지면 내용이 지워지지만, ROM은 데이터를 영구적으로 유지한다. PC의 ROM에는 BIOS라는 프로그램이 포함되어 있어, 컴퓨터 부팅 시 운영 체제를 하드 디스크에서 RAM으로 로드하는 역할을 한다. 플래시 메모리는 ROM과 RAM의 중간적 성격을 가지며, 전원이 꺼져도 데이터를 유지하면서도 다시 쓸 수 있지만, 속도가 느려 제한적인 용도로 사용된다.

일부 고급 컴퓨터는 캐시 메모리를 사용하여 성능을 향상시킨다. 캐시 메모리는 레지스터보다 느리지만 주기억 장치보다는 빠르며, 자주 사용되는 데이터를 자동으로 저장하여 CPU 접근 속도를 높인다.

3. 4. 연산

기억된 프로그램이나 데이터를 꺼내어 산술이나 논리 연산을 하는 기능은 중앙처리장치(CPU)의 연산부에서 담당한다.[115]

산술 논리 장치(ALU)는 산술 연산과 논리 연산 두 가지 종류의 연산을 수행할 수 있다. 특정 ALU가 지원하는 산술 연산은 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈, 삼각함수(사인, 코사인 등), 제곱근을 포함할 수 있다. 일부 ALU는 정수만 처리할 수 있지만, 다른 ALU는 부동 소수점을 사용하여 실수를 나타낼 수도 있다(제한된 정밀도).[115]

간단한 연산만 가능한 컴퓨터라도 복잡한 연산을 단순한 단계로 분해하여 처리하도록 프로그래밍할 수 있다. 따라서 어떤 컴퓨터라도 ALU가 직접 지원하지 않는 연산이라도 시간이 더 걸리겠지만 모든 산술 연산을 수행하도록 프로그래밍할 수 있다. ALU는 또한 숫자를 비교하여 진릿값(참 또는 거짓)을 반환할 수 있다(예: "64가 65보다 큰가?"). 논리 연산에는 부울 논리(AND, OR, XOR, NOT)이 포함된다. 이러한 연산은 복잡한 조건문을 만들고 부울 논리를 처리하는 데 유용하다.[115]

슈퍼스칼라 컴퓨터에는 여러 개의 ALU가 있어 여러 명령어를 동시에 처리할 수 있다.[116] 그래픽 처리 장치와 단일 명령어, 다중 데이터, 다중 명령어, 다중 데이터 기능을 갖춘 컴퓨터에는 유클리드 벡터와 행렬에 대한 산술 연산을 수행할 수 있는 ALU가 포함되기도 한다.[116]

3. 5. 출력

프로그램의 결과를 빛, 화면, 소리, 잉크 등의 수단으로 출력하는 장치를 출력 장치라고 한다. 출력 장치의 몇 가지 예는 다음과 같다.

4. 역사

컴퓨터의 역사는 고대부터 계산을 돕는 도구의 발명과 함께 시작되었다. 수판과 같은 초기 도구부터 시작하여, 중세 시대에는 천체 관측을 위한 정밀 기계식 계산기가 등장하였다. 1623년 최초의 기계식 계산기가 발명된 이후, 블레즈 파스칼, 고트프리트 빌헬름 라이프니츠 등의 과학자들이 계산기를 발전시켰다. 19세기에는 찰스 배비지가 차분기관과 해석기관을 설계하여 현대 컴퓨터의 개념적 기초를 마련하였다.

20세기에 들어서 앨런 튜링은 튜링 기계라는 개념을 통해 계산 이론의 기초를 확립했다. 이후 조지 스티비츠, 콘라드 추제 등의 과학자들이 전자식 컴퓨터 개발에 기여했으며, 제2차 세계 대전 중에는 암호 해독을 위한 콜로서스가 개발되었다. 전쟁 이후 에니악(ENIAC)이 개발되어 오랫동안 최초의 프로그래밍 가능한 범용 컴퓨터로 알려졌으며, 존 폰 노이만의 프로그램 내장 방식 제안으로 EDSAC이 개발되었다. 1970년대 이후 개인용 컴퓨터가 보편화되면서 컴퓨터는 폭발적인 발전을 거듭했다.

1930년대 우정청 연구소의 토미 플라워스는 전화 교환기에 전자 장치를 사용하려 했고, 1942년 아타나소프-베리 컴퓨터가 개발되었다.[44] [45] 제2차 세계 대전 중에는 콜로서스가 독일 암호 해독에 사용되었다.[46] 1944년 1월 18일에 인도되어 2월 5일에 첫 메시지를 해독했다.[50] [46]

콜로서스는 최초의 전자식 디지털 프로그래밍 가능 컴퓨팅 장치로, 제2차 세계 대전 중 독일 암호 해독에 사용되었다. 1943년 블레치리 파크에서 사용되는 모습이다.


에니악은 최초의 전자식 튜링 완전 기계였으며, 미국 육군을 위해 탄도 궤적 계산을 수행했다.


에니악[53]은 미국에서 제작된 최초의 전자식 프로그래밍 가능 컴퓨터였다. 에니악은 콜로서스와 유사했지만 더 빠르고 유연했으며 튜링 완전했다. 에니악의 프로그래머는 "에니악 걸스"로 알려진 여섯 명의 여성이었다. 에니악은 초당 5,000회의 덧셈 또는 뺄셈을 수행할 수 있었는데, 이는 다른 기계보다 1,000배 빠른 속도였다. 1943년부터 1945년까지 개발되었으며, 무게는 30톤, 전력 소비량은 200킬로와트였다.[54]

"computer"라는 영어 단어는 원래 계산하는 사람을 가리켰으나, 옥스포드 영어 사전에 따르면 1286년부터 계산 기계를 가리키는 용도로 사용되기 시작했다. 1946년까지는 "analogue computer", "digital computer" 등과 같이 수식어를 붙여 구분했다.

1970년대와 1980년대까지 “컴퓨터”는 '''아날로그 컴퓨터'''와 '''디지털 컴퓨터'''를 모두 가리켰으나, 이후 아날로그 컴퓨터는 거의 사용되지 않게 되어 주로 디지털 컴퓨터를 가리킨다. 아날로그 컴퓨터는 전기, 기계, 수압 현상을 이용하여 물리 현상을 표현하고 문제를 푸는 계산기 형태이다.[158] 반면, 오늘날 주류인 디지털 컴퓨터는 이산적인 물리량을 이용하며, 주로 이진법을 사용한다.

1940년대와 1950년대에는 릴레이식이나 진공관식 디지털 컴퓨터가 사용되었으나, 1950년대 이후 트랜지스터를 사용하면서 저소비 전력, 고속 동작, 소형화가 가능해졌다. 1960년대 이후에는 집적 회로를 사용하여 더욱 발전했다.

컴퓨터의 발전 과정은 다음 표와 같다.

세대구분기기
1세대
(기계식/전기기계식)		계산기파스칼의 계산기, 계산자, 차분기관, 케베도의 해석 기계
프로그래밍 가능 장치자카르 기계, 해석 기관, IBM ASCC/하버드 마크 I, 하버드 마크 II, IBM SSEC, Z1, Z2, Z3
2세대
(진공관)		계산기아타나소프-베리 컴퓨터, IBM 604, 유니박 60, 유니박 120
프로그래밍 가능 장치콜로서스, 에니악, 맨체스터 베이비, EDSAC, 맨체스터 마크 1, 페란티 페가수스, 페란티 머큐리, CSIRAC, EDVAC, 유니박 I, IBM 701, IBM 702, IBM 650, Z22
3세대
(개별 트랜지스터와 SSI, MSI, LSI 집적 회로)		메인프레임IBM 7090, IBM 7080, IBM 시스템/360, BUNCH
미니컴퓨터HP 2116A, IBM 시스템/32, IBM 시스템/36, LINC, PDP-8, PDP-11
데스크톱 컴퓨터HP 9100
4세대
(VLSI 집적 회로)		미니컴퓨터VAX, IBM AS/400
4비트 마이크로컴퓨터인텔 4004, 인텔 4040
8비트 마이크로컴퓨터인텔 8008, 인텔 8080, 모토로라 6800, 모토로라 6809, MOS 테크놀로지 6502, 자일로그 Z80
16비트 마이크로컴퓨터인텔 8088, 자일로그 Z8000, WDC 65816/65802
32비트 마이크로컴퓨터인텔 80386, 펜티엄, 모토로라 68000, ARM
64비트 마이크로컴퓨터알파, MIPS, PA-RISC, 파워PC, SPARC, x86-64, ARMv8-A
임베디드 컴퓨터인텔 8048, 인텔 8051
개인용 컴퓨터데스크톱 컴퓨터, 가정용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 개인용 디지털 보조 장치(PDA), 휴대용 컴퓨터, 태블릿 PC, 웨어러블 컴퓨터
이론적/실험적양자 컴퓨터IBM Q 시스템 원
화학 컴퓨터
DNA 컴퓨팅
광학 컴퓨터
스핀트로닉스 기반 컴퓨터
웨어웨어/유기 컴퓨터


4. 1. 고대 ~ 19세기

고대부터 수판을 비롯해 계산을 돕는 많은 도구들이 있었다. 중세에는 유럽과 서남아시아 지역에서 천체의 움직임을 예측하거나 낮과 밤의 길이를 계산하기 위한 정밀한 기계식 계산기가 발명되었으나, 천체 관측 외의 계산에는 사용할 수 없었다.[4]

중국식 수판(). 이 주판에 표시된 숫자는 6,302,715,408이다.


기원전 150~100년경 고대 그리스 시대의 안티키테라 기계는 초기 아날로그 컴퓨터이다.


1623년 독일의 학자 빌헬름 시카르트가 6자리 숫자의 덧셈과 뺄셈을 수행할 수 있는 최초의 기계식 계산기를 발명하였다. 1642년에는 블레즈 파스칼이 10진수의 덧셈과 뺄셈을 계산할 수 있는 기계식 계산기를 발명[172]하여 약 20대를 제작하였고, 1672년 고트프리트 빌헬름 라이프니츠는 곱셈과 나눗셈이 가능한 기계로 개선하였다. 라이프니츠는 또한 현대 디지털 컴퓨터의 핵심적인 부분이 된 이진법을 고안하였다.

1822년 영국 수학자 찰스 배비지는 다항 함수와 로그 함수, 삼각함수 등을 계산할 수 있는 기계식 계산기인 차분기관을 설계하였으나, 당시의 기술로는 비용이 너무 비싸 실물은 1855년에 이르러서야 제작되었다. 한편 배비지는 1835년에 그의 차분기관을 보다 발전시킨 해석기관을 설계하였으나, 당시 기술로는 기계의 제작이 너무 복잡하고 부품을 제작하기가 어려워 이 기계의 실물은 만들어지지 않았다. 비록 설계뿐이지만 많은 학자들은 해석기관을 최초의 프로그래밍 가능한 컴퓨터로 인정하고 있다.

찰스 배비지

4. 2. 20세기 ~ 현재

1936년 현대 컴퓨터 과학의 아버지라 불리는 영국의 수학자 앨런 튜링은 튜링 기계라는 수학적 개념을 고안하여 알고리즘과 계산에 관한 이론적 기초를 정립하였다. 그는 알려진 모든 수학적 개념과 계산 과정을 튜링 기계를 통해 나타낼 수 있음을 증명하였다. 인간에게 알려진 모든 계산 기계는 계산 속도의 차이가 있을 뿐 모두 튜링 기계와 같거나 약한 계산 능력을 가진다.[55] 튜링의 설계의 기본 개념은 모든 계산 명령어가 메모리에 저장되는 프로그램 내장 방식이다. 존 폰 노이만(John von Neumann)은 현대 컴퓨터의 중심 개념이 이 논문 덕분이라는 것을 인정했다.[56]

1937년 벨 연구소에서 일하고 있던 미국의 수학자이자 물리학자 조지 스티비츠는 이진법을 사용하는 최초의 전자식 디지털 계산기를 개발하였다. 1939년에는 선형대수학의 문제를 풀기 위해 개발된 전자식 디지털 컴퓨터인 아타나소프-베리 컴퓨터가 개발되었으나 다른 용도로 프로그래밍할 수 없었다.

1941년 독일의 공학자 콘라드 추제는 천공 카드로 프로그래밍할 수 있는 최초의 전자/기계식 컴퓨터인 Z3를 개발하였다. 그러나 콘라트 추제는 당시 적국이었던 미국이나 영국 과학자들과 거의 교류가 없었고 Z3의 실물 또한 2년 후 연합군의 폭격으로 파괴되었기 때문에 그의 업적은 독일 바깥에는 오랫동안 알려지지 않았다. 프로그래밍이 가능한 최초의 전자식 디지털 컴퓨터는 2차 대전 당시 독일의 암호를 해독하기 위해 설계된 영국의 콜로서스였다. 그러나 이 컴퓨터의 존재는 1급 비밀이었으므로 1970년대까지 일반인에게는 알려지지 않았다.

이러한 이유로 1946년에 미국에서 개발된 에니악(ENIAC)은 오랫동안 최초의 프로그래밍 가능한 범용 컴퓨터로 알려져 있었다. 에니악은 18,000개의 진공관을 이용하여 무게가 30톤에 이르렀고, 가격은 500000USD(최근 대한민국 물가로 약 70억원)에 달했기 때문에, 포탄의 궤적을 계산하거나 수소폭탄의 폭발을 예측하는 등 주로 정부에서 군사적 목적으로 이용되었다.

1945년 미국의 컴퓨터 과학자 존 폰 노이만은 프로그램을 기억장치에 내장하는 방식의 컴퓨터를 제안하였고 그의 제안을 바탕으로 EDVAC이 설계되었으나 특허권 문제로 개발이 늦어졌다. 그리하여 1949년 EDVAC의 설계를 발전시킨 EDSAC이 최초로 프로그램 내장방식과 이진법을 채택한 디지털 컴퓨터가 되었다.

1970년대 말부터 개인용 컴퓨터(PC)가 보편화되기 시작했다. 1990년 이후로 18개월에서 24개월을 주기로 성능이 두 배씩 향상되는 폭발적인 발전이 있었다.

4. 3. 대한민국의 컴퓨터 도입 역사

한국은 1967년 경제기획원이 IBM 1401을 도입하여 인구조사 결과를 처리하면서 컴퓨터를 본격적으로 사용하기 시작했다.[46]

5. 분류

컴퓨터는 다양한 기준으로 분류할 수 있다.



MOSFET (MOS 트랜지스터). 게이트(G), 본체(B), 소스(S), 드레인(D) 단자를 보여준다. 게이트는 절연층(분홍색)에 의해 본체와 분리되어 있다.


금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)는 1955년과 1960년 사이에 벨 연구소에서 발명되었다.[68][69][70][71][72][73] 높은 확장성[74]과 바이폴라 접합 트랜지스터보다 훨씬 낮은 전력 소비와 더 높은 집적도[75]를 통해 초고밀도 집적 회로를 구축할 수 있게 했다.[76][77]

"컴퓨터"는 원래 계산하는 사람을 가리키는 말이었지만, 이제는 계산하는 장치 또는 시스템을 가리킨다. 역사적으로는 기계식 아날로그 및 디지털 계산기, 전기 회로에 의한 아날로그 컴퓨터, 계전기 회로에 의한 디지털 계산기, 진공관 회로에 의한 디지털 계산기, 반도체 회로에 의한 디지털 계산기 등이 있다.

1970년대와 1980년대 무렵까지는 컴퓨터라고 하면 아날로그 컴퓨터를 포함했지만,[135] 1990년대와 2000년대 무렵에는 일반적으로 주로 전자 회로를 이용한 디지털 방식이고 프로그램 내장 방식의 컴퓨터를 가리킨다.

컴퓨터는 여러 종류가 있으며, 메인프레임, 슈퍼컴퓨터, 개인용 컴퓨터(마이크로컴퓨터) 외에도 여러 기기(복사기, 매표기, 세탁기, 밥솥, 자동차 등)에 내장된 임베디드 시스템이나 싱글보드 컴퓨터도 있다. 2010년대에는 터치스크린으로 조작하는 태블릿(형 컴퓨터), 소형이며 전화, 카메라, GPS 기능을 탑재한 스마트폰도 보급되었다.

세계에 존재하는 컴퓨터의 대수는 다음과 같다.

5. 1. 일반 분류

1980년대 IBM사의 대형컴퓨터 위주였던 컴퓨터 시장은 MS사가 개발한 윈도우 제품의 성공으로 컴퓨터의 대중화가 시작되었다. 그 뒤로 개인용 컴퓨터의 수요는 대형컴퓨터 시장 수요를 추월하게 되었다. 즉, 컴퓨터의 대중화를 가능하게 한 주요 배경은 성능의 우수성과 저가격화, 그리고 소프트웨어의 발전이라 할 수 있다.

컴퓨터는 다음과 같이 여러 종류로 분류할 수 있다.

크기형태비고
임베디드(내장형)컴퓨터아두이노, 웨어러블 컴퓨터
초소형저전력pc라즈베리파이, 오드로이드, 스마트폰사이즈 9cm x 6cm 전후, 전력 5v[173]
데스크톱(탁상용)워크스테이션, 개인용 컴퓨터(PC), 노트북 컴퓨터
대형 슈퍼컴퓨터 및 서버급슈퍼컴퓨터, 서버급 컴퓨터


5. 2. 규모에 따른 분류

1980년대 IBM의 대형컴퓨터 위주였던 컴퓨터 시장은 MS가 개발한 윈도우 제품의 성공으로 컴퓨터의 대중화가 시작되었다. 그 뒤로 개인용 컴퓨터의 수요는 대형컴퓨터 시장 수요를 추월하게 되었다. 즉 컴퓨터의 대중화를 가능하게 한 주요 배경은 성능의 우수성과 저가격화, 그리고 소프트웨어의 발전이라 할 수 있다.

크기형태비고
임베디드(내장형)컴퓨터아두이노, 웨어러블 컴퓨터
초소형저전력pc라즈베리파이, 오드로이드, 스마트폰사이즈 9cm x 6cm 전후, 전력 5v[173]
데스크톱(탁상용)워크스테이션, 개인용 컴퓨터(PC), 노트북 컴퓨터
대형 슈퍼컴퓨터 및 서버급슈퍼컴퓨터, 서버급 컴퓨터


  • 범용 컴퓨터(general-purpose computers)
  • 특수 목적 컴퓨터(special-purpose computers): POS 터미널, 게이밍 콘솔, 게이밍 PC 등.
  • 단일 목적 컴퓨터(single-purpose computers)

5. 3. 제조 기술에 따른 분류



MOSFET영어 (MOS 트랜지스터)는 1955년과 1960년 사이에 벨 연구소에서 발명되었다.[68][69][70][71][72][73] 높은 확장성[74]과 바이폴라 접합 트랜지스터보다 훨씬 낮은 전력 소비와 더 높은 집적도[75]를 통해 초고밀도 집적 회로를 구축할 수 있게 했다.[76][77]

5. 4. 수행 능력에 따른 분류

1980년대에는 IBM사의 대형컴퓨터가 주류였던 컴퓨터 시장에서 MS사가 개발한 윈도우 제품의 성공으로 컴퓨터의 대중화가 시작되었다. 이후 개인용 컴퓨터의 수요가 대형컴퓨터 시장 수요를 추월하게 되었다. 즉, 컴퓨터 대중화의 주요 배경은 성능의 우수성과 저가격화, 그리고 소프트웨어의 발전이라고 할 수 있다.[173]

크기형태비고
임베디드(내장형)컴퓨터아두이노, 웨어러블 컴퓨터
초소형저전력pc라즈베리파이, 오드로이드, 스마트폰사이즈 9cm x 6cm 전후, 전력 5v
데스크톱(탁상용)워크스테이션, 개인용 컴퓨터(PC), 노트북 컴퓨터
대형 슈퍼컴퓨터 및 서버급슈퍼컴퓨터, 서버급 컴퓨터

5. 5. 운영 체제에 따른 분류

1980년대에는 MS사의 윈도우 운영 체제의 성공으로 개인용 컴퓨터(PC) 수요가 대형 컴퓨터 시장 수요를 추월하며 컴퓨터 대중화가 시작되었다.[173]

컴퓨터는 용도에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.
멀티미디어 컴퓨터 (비선형 편집 시스템 컴퓨터, 비디오 편집 PC 등, 이 용어는 더 이상 사용되지 않음)[114]
게이밍 컴퓨터

6. 구성

컴퓨터는 크게 논리적 지시 사항인 소프트웨어와 물리적 장치인 하드웨어로 나눌 수 있다.

"하드웨어"는 물리적으로 만질 수 있는 컴퓨터의 모든 부품을 포함한다. 회로, 컴퓨터 칩, 그래픽 카드, 사운드 카드, 메모리(RAM), 메인보드, 디스플레이, 전원 공급 장치, 케이블, 키보드, 프린터, 마우스 입력 장치는 모두 하드웨어이다.

슬림형 컴퓨터의 표준 구성 요소를 보여주는 비디오


"컴퓨터"는 원래 계산하는 사람을 가리키는 말이었지만, 이제는 계산하는 장치 또는 시스템을 가리킨다. 역사적으로 기계식 아날로그 및 디지털 계산기, 전기 회로에 의한 아날로그 컴퓨터, 계전기 회로에 의한 디지털 계산기, 진공관 회로에 의한 디지털 계산기, 반도체 회로에 의한 디지털 계산기 등이 있다. 1970년대와 1980년대 무렵까지는 컴퓨터라고 하면 아날로그 컴퓨터를 포함했지만,[135] 1990년대와 2000년대 무렵에는 일반적으로 주로 전자 회로를 이용한 디지털 방식이고 프로그램 내장 방식의 컴퓨터를 가리킨다.

컴퓨터는 연산을 고속으로 대량 수행할 수 있기 때문에 다용도이며, 수치 계산, 정보 처리, 데이터 처리, 제어, 시뮬레이션, 문서 작성, 영상 편집, 게임, 가상 현실(VR), 영상 인식, 인공 지능 등에 사용된다. 더욱 최근에는 대학이나 첨단 기업에서 양자 회로(현재 널리 사용되는 전자 회로와는 다른 것)를 이용한 양자 컴퓨터도 연구·개발되고 있다.

컴퓨터에는 여러 종류가 있으며, 메인프레임, 슈퍼컴퓨터, 개인용 컴퓨터(마이크로컴퓨터) 외에도 여러 기기(복사기, 매표기, 세탁기, 밥솥, 자동차 등)에 내장된 임베디드 시스템이나 그것에서 파생된 싱글보드 컴퓨터도 있다. 2010년대에는 판 모양으로 터치스크린으로 조작하는 태블릿 (형 컴퓨터), 판 모양으로 소형이며 전화, 카메라, GPS 기능을 탑재한 스마트폰도 보급되었다.

세계에 존재하는 컴퓨터의 대수는 다음과 같다.

종류대수 (2018~2019년 기준)
임베디드 시스템약 100억 대[136]
스마트폰33억 6천만 대[137]
서버, 데스크톱 PC, 노트북 PC20억 대 이상[138]



컴퓨터끼리 연결하는 네트워크는 1990년대에 폭발적으로 보급되어 지구를 덮는 네트워크가 되었고, 현재는 인터넷과 거기에 연결된 엄청난 수의 컴퓨터가 IT 인프라로서 다양한 서비스를 지원하고 있다.

영어 "computer"는 산술 연산을 수행하는 주체를 의미하지만, 원래는 계산하는 사람을 가리켰다. 옥스포드 영어 사전 제2판에서는 이 단어가 계산하는 기계를 가리키게 된 최초의 해를 1286년으로 기록하고 있다.

컴퓨터는 '''하드웨어'''와 '''소프트웨어'''라는 두 가지 요소로 구성된다.

다른 종류의 컴퓨터로는 다음과 같은 것들이 연구/개발되고 있다.


  • 광컴퓨터 - 반도체의 전자회로 대신 광집적회로를 사용한다.
  • 양자컴퓨터
  • 분자컴퓨터
  • DNA컴퓨터
  • 뉴로컴퓨터
  • 생체컴퓨터

6. 1. 하드웨어

컴퓨터의 하드웨어는 중앙 처리 장치(CPU), 주기억 장치(RAM), 입력 장치(키보드, 마우스 등), 출력 장치(모니터, 프린터 등), 그리고 주변 기기 들로 구성된다.

"하드웨어"라는 용어는 물리적으로 만질 수 있는 컴퓨터의 모든 부품을 포함한다. 회로, 컴퓨터 칩, 그래픽 카드, 사운드 카드, 메모리(RAM), 메인보드, 디스플레이, 전원 공급 장치, 케이블, 키보드, 프린터, 마우스 입력 장치는 모두 하드웨어이다.

컴퓨터는 '''하드웨어'''와 '''소프트웨어'''라는 두 가지 요소로 구성된다.

5대 장치. 제어 장치와 연산 장치(ALU)는 CPU(갈색 부분)에 포함되어 있다. 중앙 아래가 기억 장치이다. 왼쪽이 입력 장치이고 오른쪽이 출력 장치이다


현재 컴퓨터의 기본은 폰 노이만 구조이며, 하드웨어는 컴퓨터의 5대 장치라고도 불리는 '''제어 장치''', '''연산 장치''', '''기억 장치''', '''입력 장치''', '''출력 장치'''로 분류할 수 있다.[142][143][144][145][143] 이 중 제어 장치와 연산 장치는 일반적으로 CPU에 포함된다.[142][143] 메모리 매핑 I/O에서는 기억 장치, 입력 장치, 출력 장치가, 터치패널에서는 입력 장치와 출력 장치가 일체화되어 있다. 이는 대형 컴퓨터부터 소형 컴퓨터까지 공통적이며,[143] 스마트폰 등도 마찬가지이다.[142]

  • '''제어 장치'''는 실행에 필요한 정보를 기억 장치에서 읽어들이고, 실행 결과를 기억 장치의 올바른 위치에 저장한다.
  • '''연산 장치'''는 덧셈, 뺄셈 등의 산술 연산, AND, OR, NOT 등의 논리 연산, 비교(두 값이 같은지 여부 등), 비트 시프트 등을 수행한다.
  • '''기억 장치(메모리)'''는 주소가 부여된 영역의 열이며, 각 영역에는 명령 또는 데이터가 저장된다. CPU가 직접 조작(어드레싱)하여 고속인 DRAM 등의 주기억 장치와 대량의 데이터를 저장할 수 있지만 저속인 자기 디스크 장치나 디스크 드라이브 등의 보조 기억 장치로 분류할 수 있다.
  • '''입력 장치'''와 '''출력 장치'''는 함께 입출력 장치라고도 불리며, 컴퓨터가 외부의 사용자나 다른 기기와 정보를 주고받는다. 대표적인 입력 장치로는 키보드, 마우스, 마이크로폰, 스캐너 등이 있으며, 출력 장치로는 디스플레이, 스피커, 프린터 등이 있다. 입력 장치와 출력 장치를 겸비한 것으로는 터치스크린, 네트워크 카드 등이 있다.


그 외에 다른 종류의 컴퓨터로는 다음과 같은 것들이 연구/개발 되고 있다.

  • 광컴퓨터 - 반도체의 전자회로 대신 광집적회로를 사용한다.
  • 양자컴퓨터
  • 분자컴퓨터
  • DNA컴퓨터
  • 뉴로컴퓨터
  • 생체컴퓨터

6. 1. 1. 중앙 처리 장치(CPU)

중앙 처리 장치(CPU; Central Processing Unit)는 메인보드 안에 있으며, 메인 메모리에서 읽어온 데이터를 처리한다. 컴퓨터의 핵심 부품이라고 할 수 있다.[142][143]

특정 MIPS 아키텍처 명령어가 제어 시스템에 의해 디코딩되는 방식을 보여주는 다이어그램


제어 장치(종종 제어 시스템 또는 중앙 제어기라고 함)는 컴퓨터의 다양한 구성 요소를 관리한다. 프로그램 명령어를 읽고 해석(디코딩)하여 컴퓨터의 다른 부분을 활성화하는 제어 신호로 변환한다. 고급 컴퓨터의 제어 시스템은 성능을 향상시키기 위해 일부 명령어의 실행 순서를 변경할 수 있다.

모든 CPU에 공통적인 주요 구성 요소는 프로그램 카운터이며, 이는 다음 명령어를 읽을 메모리의 위치를 추적하는 특수 메모리 셀(레지스터)이다.

제어 시스템의 기능은 다음과 같다. (CPU 종류에 따라 일부 단계가 동시에 또는 다른 순서로 수행될 수 있다.)

# 프로그램 카운터가 가리키는 셀에서 다음 명령어의 코드를 읽는다.

# 명령어의 숫자 코드를 다른 시스템 각각에 대한 일련의 명령 또는 신호로 디코딩한다.

# 프로그램 카운터를 증가시켜 다음 명령어를 가리킨다.

# 명령어에서 필요로 하는 데이터를 메모리의 셀(또는 입력 장치)에서 읽는다. 이 필요한 데이터의 위치는 일반적으로 명령어 코드 내에 저장된다.

# 산술 논리 장치(ALU) 또는 레지스터에 필요한 데이터를 제공한다.

# 명령어가 완료하는 데 ALU 또는 특수 하드웨어가 필요한 경우 하드웨어에 요청된 작업을 수행하도록 지시한다.

# ALU의 결과를 메모리 위치 또는 레지스터 또는 출력 장치에 다시 쓴다.

# 1단계로 돌아간다.

프로그램 카운터는 ALU에서 수행되는 계산으로 변경될 수 있다. 프로그램 카운터에 100을 더하면 다음 명령어가 프로그램에서 100개 위치 더 아래에서 읽어 들이게 된다. 프로그램 카운터를 수정하는 명령어는 종종 "점프"로 알려져 있으며, 루프(컴퓨터에서 반복되는 명령어)와 조건부 명령어 실행(제어 흐름)을 허용한다.

제어 장치가 명령어를 처리하기 위해 거치는 일련의 작업은 그 자체로 짧은 컴퓨터 프로그램과 같으며, 실제로 더 복잡한 CPU 설계의 경우 마이크로시퀀서라는 또 다른 더 작은 컴퓨터가 있으며, 이는 이러한 모든 이벤트를 발생시키는 마이크로코드 프로그램을 실행한다.

제어 장치, 산술 논리 장치(ALU), 레지스터는 통틀어 중앙 처리 장치(CPU)로 알려져 있다. 초기 CPU는 여러 개의 개별 구성 요소로 구성되었다. 1970년대 이후로 CPU는 일반적으로 ''마이크로프로세서''라고 하는 단일 MOS 집적 회로 칩으로 제작되었다.

산술 논리 장치(ALU)는 산술 연산과 논리 연산의 두 가지 종류의 연산을 수행할 수 있다.[115] 특정 ALU가 지원하는 산술 연산의 집합은 덧셈과 뺄셈으로 제한될 수도 있고, 곱셈, 나눗셈, 사인, 코사인 등의 삼각함수 및 제곱근을 포함할 수도 있다. 일부 ALU는 정수만 처리할 수 있는 반면, 다른 ALU는 제한된 정밀도이긴 하지만 실수를 나타내는 부동 소수점을 사용한다. 따라서 어떤 컴퓨터라도 ALU가 해당 연산을 직접 지원하지 않더라도 더 많은 시간이 걸리겠지만, 모든 산술 연산을 수행하도록 프로그래밍할 수 있다. ALU는 또한 숫자를 비교하고 하나가 다른 것과 같거나, 크거나, 작은지 여부에 따라(부울 진릿값)(참 또는 거짓)을 반환할 수 있다. 논리 연산에는 부울 논리: AND, OR, XOR 및 NOT이 포함된다.

슈퍼스칼라 컴퓨터에는 여러 개의 ALU가 포함되어 여러 명령어를 동시에 처리할 수 있다.[116] 그래픽 처리 장치와 단일 명령어, 다중 데이터 및 다중 명령어, 다중 데이터 기능을 갖춘 컴퓨터에는 종종 유클리드 벡터와 행렬에 대한 산술 연산을 수행할 수 있는 ALU가 포함되어 있다.

6. 1. 2. 메모리

컴퓨터 메모리는 읽을 수만 있는 롬(ROM)과 읽고 쓸 수 있는 램(RAM)으로 나뉜다. 롬에는 주로 컴퓨터가 가장 기본적인 작업을 수행할 수 있는 프로그램인 펌웨어가 저장되어 있다. 컴퓨터 전원을 켜면, 컴퓨터는 롬에 저장된 프로그램에 따라 명령을 수행한 뒤, 나머지 운영 체제에 관련된 프로그램을 다른 저장 매체에서 메인 메모리로 올려놓은 다음 실행한다.

사용자가 프로그램을 수행할 때에도 운영 체제는 프로그램을 램에 올려서 명령을 수행하며, 작업 결과를 램에 잠시 저장한다. 작업을 마치면 그 결과물을 오랫동안 보관하기 위해 다시 외부 메모리에 저장한다.

자기 코어 메모리(자기 코어)는 1960년대에 반도체 메모리(MOS 메모리 셀)로 대체되기 전까지 가장 선호되던 컴퓨터 메모리였다.


컴퓨터의 메모리는 숫자를 저장하거나 읽을 수 있는 셀 목록으로 볼 수 있다. 각 셀은 번호가 매겨진 "주소"를 가지며 단일 숫자를 저장할 수 있다. 메모리에 저장된 정보는 문자, 숫자, 컴퓨터 명령어 등 어떤 것이든 될 수 있다. CPU는 서로 다른 유형의 정보를 구별하지 않으므로, 메모리가 단순한 숫자의 연속으로 보는 것에 의미를 부여하는 것은 소프트웨어의 책임이다.

거의 모든 현대 컴퓨터에서 각 메모리 셀은 8비트(바이트) 그룹으로 2진수를 저장하도록 설정되어 있다. 각 바이트는 0부터 255까지 또는 -128부터 +127까지 256(28 = 256)개의 서로 다른 숫자를 나타낼 수 있다. 더 큰 숫자를 저장하려면 여러 개의 연속적인 바이트(일반적으로 2, 4 또는 8개)를 사용할 수 있다. 음수가 필요한 경우 일반적으로 2의 보수 표기법으로 저장된다. 현대 컴퓨터는 수십억 또는 수조 바이트의 메모리를 가지고 있다.

CPU에는 레지스터라고 하는 특수한 메모리 셀 집합이 포함되어 있는데, 이는 주 메모리 영역보다 훨씬 빠르게 읽고 쓸 수 있다. 레지스터는 데이터가 필요할 때마다 주 메모리에 접근할 필요가 없도록 가장 자주 필요한 데이터 항목에 사용된다. 데이터가 끊임없이 처리되므로 주 메모리에 접근할 필요성이 줄어들어 컴퓨터의 속도가 크게 향상된다.

컴퓨터의 주 메모리는 크게 두 가지 종류가 있다.

  • 램(Random Access Memory) (RAM)
  • 롬(Read-Only Memory) (ROM)


RAM은 CPU가 명령할 때마다 읽고 쓸 수 있지만, ROM에는 변경되지 않는 데이터와 소프트웨어가 미리 로드되어 있으므로 CPU는 읽기만 할 수 있다. ROM은 일반적으로 컴퓨터의 초기 시작 명령어를 저장하는 데 사용된다. 일반적으로 RAM의 내용은 컴퓨터의 전원이 꺼지면 지워지지만, ROM은 데이터를 무기한 유지한다. PC에서 ROM에는 컴퓨터가 켜지거나 재설정될 때마다 하드 디스크 드라이브에서 컴퓨터의 운영 체제를 RAM으로 로드하는 작업을 조정하는 BIOS라는 특수 프로그램이 포함되어 있다. 플래시 메모리는 전원이 꺼져도 데이터를 유지하지만 다시 쓸 수도 있으므로 ROM과 RAM의 차이를 모호하게 한다. 그러나 일반적인 ROM과 RAM보다 훨씬 느리므로 속도가 중요하지 않은 애플리케이션에만 사용이 제한된다.

더 정교한 컴퓨터에는 레지스터보다는 느리지만 주 메모리보다는 빠른 하나 이상의 RAM 캐시 메모리가 있을 수 있다.

6. 1. 3. 입출력 장치

입출력(I/O)은 컴퓨터가 외부 세계와 정보를 교환하는 수단이다.[117] 컴퓨터에 입력 또는 출력을 제공하는 장치를 주변 장치라고 한다.[118]

입출력 장치는 입력 장치와 출력 장치로 나뉜다. 키보드, 마우스, 이미지 스캐너와 같이 컴퓨터에 데이터를 입력하는 장치를 입력 장치라고 하며, 모니터, 프린터와 같이 컴퓨터에서 처리한 결과를 화면이나 종이 같은 매체로 출력하는 장치를 출력 장치라고 한다. 하드 디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 및 광학 디스크 드라이브는 입력 및 출력 장치로 모두 사용된다. 컴퓨터 네트워크는 또 다른 형태의 입출력이다.

입력 장치를 통해 처리되지 않은 데이터가 컴퓨터로 전송되면, 데이터는 처리되어 출력 장치로 보내진다. 입력 장치는 수동식 또는 자동식일 수 있다. 처리 작업은 주로 CPU에 의해 제어된다.

입력 장치의 예는 다음과 같다.

컴퓨터가 출력하는 수단을 출력 장치라고 한다. 출력 장치의 예는 다음과 같다.

주변 장치 (입력/출력)입력마우스, 키보드, 조이스틱, 이미지 스캐너, 웹캠, 그래픽 태블릿, 마이크로폰
출력모니터, 프린터, 스피커
양방향플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 광 디스크 드라이브, 텔레프린터
컴퓨터 버스단거리RS-232, SCSI, PCI, USB
장거리 (컴퓨터 네트워크)이더넷, ATM, FDDI



입출력 장치는 종종 자체 CPU와 메모리를 갖춘 독립적인 복잡한 컴퓨터이다. 그래픽 처리 장치는 3D 그래픽을 표시하는 데 필요한 계산을 수행하는 50개 이상의 작은 컴퓨터를 포함할 수 있다. 최신 데스크톱 컴퓨터에는 입출력 수행을 돕는 여러 개의 작은 컴퓨터가 포함되어 있다. 2016년대 평면 스크린 디스플레이에는 자체 컴퓨터 회로가 포함되어 있다.

6. 1. 4. 명령어/함수

현대의 컴퓨터는 프로그래밍이 가능하다는 점이 다른 기계와 구별되는 중요한 특징이다. 컴퓨터에 명령어(프로그램)를 제공하면 컴퓨터가 이를 처리한다. 폰 노이만 구조 기반의 현대 컴퓨터는 명령형 프로그래밍 언어 형태의 기계어를 사용한다. 컴퓨터 프로그램은 몇 개의 명령어부터 수백만 개의 명령어로 구성될 수 있으며, 현대 컴퓨터는 초당 수십억 개의 명령어를 실행할 수 있다.

대부분의 컴퓨터 명령어는 간단하다. 예를 들어, 두 수를 더하거나, 데이터를 이동하거나, 외부 장치에 메시지를 보내는 등의 작업을 수행한다. 이러한 명령어는 컴퓨터의 메모리에서 읽혀 일반적으로 주어진 순서대로 실행된다. 그러나 "점프" 명령어(분기)를 통해 프로그램의 다른 위치로 이동하거나, 조건부 실행을 통해 특정 조건에 따라 다른 명령어 시퀀스를 실행할 수도 있다. 많은 컴퓨터는 서브루틴을 직접 지원하여 "점프"한 위치를 "기억"하고 돌아갈 수 있게 한다.

프로그램 실행은 책을 읽는 것과 유사하게, 순서대로 진행되지만 때로는 이전으로 돌아가거나 특정 부분을 건너뛸 수 있다. 프로그램 내의 제어 흐름은 컴퓨터가 사람의 개입 없이 반복 작업을 수행할 수 있게 한다.

컴퓨터는 몇 가지 간단한 명령어로 1부터 1,000까지의 모든 수를 더하는 작업을 수행할 수 있다. 다음은 MIPS 어셈블리 언어로 작성된 예제이다.



begin:

addi $8, $0, 0 # 합을 0으로 초기화

addi $9, $0, 1 # 더할 첫 번째 숫자를 1로 설정

loop:

slti $10, $9, 1000 # 숫자가 1000보다 작은지 확인

beq $10, $0, finish # 숫자가 1000보다 크면 종료

add $8, $8, $9 # 합 업데이트

addi $9, $9, 1 # 다음 숫자 가져오기

j loop # 합산 프로세스 반복

finish:

add $2, $8, $0 # 합을 출력 레지스터에 저장



이 프로그램을 실행하면 컴퓨터는 추가적인 사람의 개입 없이 반복적인 덧셈 작업을 빠르게 수행한다.

대부분의 컴퓨터에서 개별 명령어는 기계어로 저장되며, 각 명령어에는 고유한 숫자(작동 코드 또는 opcode)가 부여된다. 컴퓨터의 메모리는 숫자와 명령어 코드를 모두 저장할 수 있으므로, 프로그램은 숫자 목록으로 표현될 수 있다. 이는 폰 노이만 또는 저장 프로그램 아키텍처의 핵심 개념이다.[121][122] 하버드 아키텍처는 프로그램과 데이터를 분리된 메모리에 저장하며, 현대 폰 노이만 컴퓨터도 CPU 캐시와 같이 하버드 아키텍처의 특징을 일부 보여준다.

기계어는 복잡하고 오류가 발생하기 쉽기 때문에, 각 명령어에 짧은 이름(니모닉)을 지정하는 어셈블리어가 사용된다. 어셈블리어로 작성된 프로그램은 어셈블러라는 프로그램에 의해 기계어로 변환된다.



프로그래밍 언어는 컴퓨터 프로그램을 지정하는 다양한 방법을 제공하며, 모호성을 허용하지 않고 간결하도록 설계되었다. 일반적으로 컴파일러나 어셈블러에 의해 기계어로 번역되거나, 인터프리터에 의해 실행 시간에 직접 번역된다.

소규모 프로그램 설계는 비교적 간단하지만, 문제가 커짐에 따라 하위 프로그램, 모듈, 공식 문서, 객체 지향 프로그래밍과 같은 기능이 필요하다. 대규모 소프트웨어 시스템 개발은 어려운 과제이며, 소프트웨어 공학은 이러한 과제를 해결하는 데 집중한다.

6. 1. 5. 구조

컴퓨터 내부에는 CPU, RAM, 그래픽 카드, 사운드 카드, 모뎀, HDD, SSD, ODD 및 각종 부품이나 장치를 삽입할 수 있는 슬롯이 내장된 메인보드, 쿨링용 팬 등이 있다. 키보드, 마우스, 프린터, 모니터, 스피커가 시스템에 포함되며 바코드 인식기, OMR, OCR, MICR, 조이스틱, 헤드셋 등을 추가할 수 있다.

다양한 종류의 컴퓨터 아키텍처가 존재한다.

이러한 모든 추상 기계 중에서 양자 컴퓨터는 컴퓨팅 혁명을 가져올 가능성이 가장 크다.[134] 논리 게이트는 위에서 언급된 대부분의 디지털 또는 아날로그 패러다임에 적용할 수 있는 일반적인 추상화이다. 프로그램이라고 하는 명령어 목록을 저장하고 실행하는 능력은 컴퓨터를 매우 다재다능하게 만들어 계산기와 구분짓는다. 처치-튜링 명제는 이러한 다재다능함을 수학적으로 나타낸 것이다. 즉, 최소한의 기능(튜링 완전성)을 갖춘 모든 컴퓨터는 원칙적으로 다른 어떤 컴퓨터가 수행할 수 있는 작업을 수행할 수 있다. 따라서 어떤 종류의 컴퓨터라도 (넷북, 슈퍼컴퓨터, 셀룰러 오토마타 등) 충분한 시간과 저장 용량이 주어진다면 동일한 계산 작업을 수행할 수 있다.

현재 컴퓨터의 기본은 폰 노이만 구조이며, 그 하드웨어는 컴퓨터의 5대 장치라고도 불리는 장치(또는 기능), 즉 '''제어 장치''', '''연산 장치''', '''기억 장치''', '''입력 장치''', '''출력 장치'''로 분류할 수 있다.[142][143][144][145][143] 이 중 제어 장치와 연산 장치 2개는 일반적으로 '''CPU'''에 포함된다.[142][143] 또한 메모리 매핑 I/O에서는 기억 장치, 입력 장치, 출력 장치가, 터치패널에서는 입력 장치와 출력 장치가 일체화되어 있다. 이것은 대형 컴퓨터부터 소형 컴퓨터까지 공통적이며,[143] 스마트폰 등도 마찬가지이다.[142]

제어 장치는 실행에 필요한 정보를 기억 장치에서 읽어들이고, 실행 결과를 기억 장치의 올바른 위치에 저장한다.

연산 장치는 덧셈, 뺄셈 등의 산술 연산, AND, OR, NOT 등의 논리 연산, 비교(두 값이 같은지 여부 등), 비트 시프트 등을 수행하는 장치이다.

기억 장치(메모리)는 주소가 부여된 영역의 열이며, 각 영역에는 명령 또는 데이터가 저장된다. 영역에 저장된 정보가 재작성 가능한지 여부, 휘발성(전원 공급을 중단하면 정보가 손실되는 성질)을 가지는지 여부는 기억 장치의 구현 방법에 따라 달라지므로, 일반적으로 CPU가 직접 조작(어드레싱)하여 고속인 DRAM 등의 주기억 장치와 대량의 데이터를 저장할 수 있지만 저속인 자기 디스크 장치나 디스크 드라이브 등의 보조 기억 장치로 분류할 수 있다.

입력 장치와 출력 장치는 함께 입출력 장치라고도 불리며, 컴퓨터가 외부의 사용자나 다른 기기와 정보를 주고받는다. 현대 컴퓨터에서 대표적인 입력 장치로는 키보드, 마우스, 마이크로폰, 스캐너 등이 있으며, 출력 장치로는 디스플레이, 스피커, 프린터 등이 있다. 또한 입력 장치와 출력 장치를 겸비한 것으로는 위에서 언급한 터치스크린 외에 네트워크 카드 등이 있다.

  • 광컴퓨터 - 반도체의 전자회로 대신 광집적회로를 사용한다.
  • 양자컴퓨터
  • 분자컴퓨터
  • DNA컴퓨터
  • 뉴로컴퓨터
  • 생체컴퓨터

6. 1. 6. 운영 체제

운영 체제(OS; Operating System)는 컴퓨터에서 반복적인 작동을 자동화하고, 일반 프로그램 실행을 위한 제반 사항을 제어하며 서비스를 제공한다. 주변기기, 프로그램 메모리, 사용자 권리 제어 및 파일 관리가 기본 목적이며, 기종에 따라 특수 목적 프로그램을 함께 운영하기도 한다.

컴퓨터나 기종에 따라 운영 체제가 다르며, 서로 호환되지 않는 것이 보통이지만, 일부 기능은 크로스 플랫폼을 통해 서로 호환되도록 발전하고 있다. 범용 운영 체제(윈도우, 유닉스, 리눅스 등)와 특별한 운영 체제(휴대 전화, MP3 플레이어 등의 전용 운영 체제 등)들이 있다.

운영 체제 종류상세
유닉스 및 BSD유닉스 시스템 V, IBM AIX, HP-UX, 솔라리스 (SunOS), IRIX, BSD 운영 체제 목록
리눅스리눅스 배포판 목록, 리눅스 배포판 비교
마이크로소프트 윈도우윈도우 95, 윈도우 98, 윈도우 NT, 윈도우 2000, 윈도우 ME, 윈도우 XP, 윈도우 비스타, 윈도우 7, 윈도우 8, 윈도우 8.1, 윈도우 10, 윈도우 11
DOS86-DOS (QDOS), IBM PC DOS, MS-DOS, DR-DOS, FreeDOS
맥킨토시 운영 체제클래식 매킨토시 OS, macOS (이전 OS X 및 Mac OS X)
임베디드 및 실시간임베디드 운영 체제 목록
실험적아메바, 오베론–AOS, 블루보틀, A2, 벨 연구소의 플랜 9


6. 1. 7. 저장 매체

컴퓨터 저장 매체는 초기에는 '비디오 테이프'에 자료를 저장했다. 하지만 점차 기술이 발전하면서 하드디스크(HDD)라는 저장 매체가 만들어져 더 작은 크기에 더 많은 양의 정보를 담을 수 있게 되었다. 최근에는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)라는 플래시 메모리를 이용한 저장 매체도 나오고 있다. SSD는 현재 대중화되어, 하드디스크 보다 빠른 속도로 각광받고 있으며, 대표적으로 64GB, 128GB, 256GB, 512GB 모델이 있다. 그리고 최근들어 1TB 모델도 나오고 있는 추세이다.[146]

7. 응용 분야

컴퓨터는 초기에는 군사적 목적으로 사용되었으나, 성능이 발전하면서 다양한 분야로 활용 범위가 넓어졌다.[174]


  • 디자인: 비누곽, 컵에서부터 자동차, 비행기, 건축물에 이르기까지 다양한 사물의 디자인에 활용된다. 컴퓨터 원용 설계(CAD) 프로그램을 통해 설계자는 아이디어를 시각화하고, 부품 목록 작성, 비용 계산 등을 효율적으로 수행할 수 있다.
  • 시뮬레이션: 컴퓨터 그래픽스 기술을 이용하여 원자, 기상 변화, 은하 간 충돌 등 눈으로 확인하기 어려운 현상을 가상으로 구현하여 연구에 활용한다.
  • 예술:
  • 음악: 1955년부터 컴퓨터가 작곡에 사용되기 시작했으며,[174] 신시사이저라는 전자 악기를 통해 다양한 악기 소리를 모방할 수 있게 되었다.
  • 상업 미술: 그래픽 디자이너는 컴퓨터를 활용하여 작품 초안을 그리고 수정하며, 옷감 디자이너는 컴퓨터를 통해 옷감 무늬를 미리 보여줄 수 있다.[174]
  • 컴퓨터 그래픽스: 측정값을 그림 형태로 변환하여 이해하기 쉽게 해주며,[174] 랜드샛과 같은 원격탐사 위성이 보내온 지구 모습을 나타내는 데에도 사용된다.
  • 의학: 병원에서는 환자 몸의 내부 영상을 얻기 위해 CT 스캐너, 초음파, 핵자기공명 영상법(NMRI) 등 컴퓨터 기반 화상 기술을 활용하여 진단의 정확성을 높인다.
  • 텔레비전 방송: 컴퓨터 그래픽은 여러 가지 수치 자료를 그림과 도표로 바꾸어 표시하여 시청자에게 보다 재미있고 알기 쉬운 정보를 제공한다.

7. 1. 네트워크와 인터넷

1970년대에 미국 전역의 연구소들에 있는 컴퓨터들이 통신 기술을 통해 연결되기 시작했다. 이 작업은 ARPA의 후원을 받아 아파넷(ARPANET)이라 명명되었다.[174] 아파넷의 기반 기술은 꾸준히 발전하여 학술기관 바깥으로 퍼져 나가 인터넷으로 알려지게 되었다. 존 게이지(John Gage)와 썬 마이크로시스템즈의 빌 조이(Bill Joy)는 이를 “네트워크가 곧 컴퓨터가 되었다”고 표현하였다. 인터넷을 비롯한 네트워크의 발달로 운영 체제와 응용 프로그램들은 개인용 컴퓨터 바깥의 주변기기와 같은 다른 자원에도 접근할 수 있게 되었다.

초기에 이런 설비에 접근할 수 있는 사람들은 한정되어 있었으나, 1990년대에 전자우편과 월드 와이드 웹 등의 확산과 더불어 이더넷(Ethernet)과 ADSL 같은 값싸고 빠른 네트워킹 기술이 개발되어 컴퓨터 네트워킹은 여러 나라에서 일상화되었으며, 휴대통신 기술과 결합하여 유비쿼터스(Ubiquitous)라는 신조어를 만들기도 했다.[174]

인터넷의 일부 경로 시각화


1950년대부터 컴퓨터는 여러 위치 간의 정보 조정에 사용되어 왔다. 미군의 SAGE 시스템은 이러한 시스템의 최초 대규모 사례였으며, 세이버와 같은 여러 특수 목적 상업 시스템으로 이어졌다.[131] 1970년대에는 미국 전역의 연구 기관의 컴퓨터 엔지니어들이 통신 기술을 사용하여 컴퓨터를 서로 연결하기 시작했다. 이 노력은 ARPA(현재 DARPA)가 자금을 지원했으며, 그 결과 생성된 컴퓨터 네트워크는 ARPANET이라고 불렸다.[132]

시간이 지남에 따라 네트워크는 학계 및 군사 기관을 넘어 확산되어 인터넷으로 알려지게 되었다. 네트워킹의 등장은 컴퓨터의 본질과 경계를 재정의하는 것을 포함했다. 컴퓨터 운영 체제와 응용 프로그램은 주변 장치, 저장된 정보 등 네트워크로 연결된 다른 컴퓨터의 자원을 개별 컴퓨터 자원의 확장으로 정의하고 접근할 수 있는 기능을 포함하도록 수정되었다.

1990년대에는 이메일 및 월드 와이드 웹과 같은 응용 프로그램의 확산과 이더넷 및 ADSL과 같은 저렴하고 빠른 네트워킹 기술의 개발이 결합되어 컴퓨터 네트워킹이 거의 보편화되었다. 실제로 네트워크에 연결된 컴퓨터의 수는 엄청나게 증가하고 있다. 매우 많은 개인용 컴퓨터가 정기적으로 인터넷에 연결하여 정보를 주고받는다. 모바일 네트워크를 활용하는 경우가 많은 "무선" 네트워킹은 모바일 컴퓨팅 환경에서도 네트워킹이 점점 더 보편화되고 있음을 의미한다.

컴퓨터를 서로 연결하는 네트워크는 1990년대에 폭발적으로 보급되어 지구를 덮는 네트워크가 되었고, 현재는 인터넷과 거기에 연결된 엄청난 수의 컴퓨터가 IT 인프라로서 다양한 서비스를 지원하고 있다.

7. 1. 1. 보안과 해킹

1970년대에 미국 전역의 연구소들에 있는 컴퓨터들이 통신 기술을 통해 연결되기 시작했다. 이 작업은 ARPA의 후원을 받아 이루어졌으며 이 네트워크의 이름을 아파넷(ARPANET)이라 명명하였다. 아파넷의 토대가 된 기술은 꾸준히 발전하고, 학술기관 바깥으로 퍼져 나가서 인터넷이라 알려지게 되었다. 존 게이지(John Gage)와 썬 마이크로시스템즈의 빌 조이(Bill Joy)는 이를 “네트워크가 곧 컴퓨터가 되었다”고 표현하였다. 인터넷을 비롯한 네트워크의 발달로 운영 체제와 응용 프로그램들이 개인용 컴퓨터 바깥의 주변기기와 같은 다른 자원에도 접근할 수 있도록 변화되었다. 초기에 이런 설비에 접근할 수 있는 사람들은 한정되어 있었으나, 1990년대에 전자우편과 월드 와이드 웹 등의 확산과 더불어 이더넷(Ethernet)과 ADSL 같은 값싸고 빠른 네트워킹 기술이 개발되어 컴퓨터 네트워킹은 여러 나라에서 일상화되었으며, 휴대통신 기술과 결합하여 유비쿼터스(Ubiquitous)라는 신조어를 만들기도 했다.[174]

컴퓨터를 통해 제작된 콘텐츠나 컴퓨터를 이용한 콘텐츠를, 나쁜 뜻을 품은 제 3자가 해당 콘텐츠의 취약점을 찾아내어 자신의 이기적인 목적을 달성하는 것(원 저자의 의도하지 않은)을 크래킹이라고 하며 그것을 막는 행위를 보안이라고 한다. 크래킹의 예로, 네트워크의 보안 취약점을 공격하거나, 일부 전문가들의 단순한 자기 과시를 위한 바이러스의 유포 등 과거와는 달리, 현재에는 지워도 지워지지 않는 광고 팝업 창, 게임기의 정품 소프트웨어 인식 장치를 무력하게 하는 하드웨어, 키보드를 누를 때 생기는 전자파를 이용하여 해당 컴퓨터에 접속하지 않고도 바깥에서 암호를 알아내는 장치 등 소프트웨어적, 하드웨어적으로 넓은 범위로 확산되어 가고 있다.

참고로 해킹 행위가 불법인가 아닌가에 대한 것은 나라마다 다르며, 2004년 1월 이탈리아의 법원에서 모드 칩이 플레이스테이션 개발사인 소니의 독점을 막고 플레이스테이션2의 활용성을 더욱 높이려는 장치라 정의하고 사용자의 모드 칩 장착은 합법이라고 규정한 바가 있다.

7. 2. 엔터테인먼트

컴퓨터는 영화, 게임 등에서 흥미를 위한 도구로 이용된다.[174]

7. 3. 디자인

초기 디지털 컴퓨터는 군사용으로 야포의 탄도 계산을 위해 설계되었으며[174], 로켓, 미사일, 핵무기 등을 설계하는 데 쓰였다. 컴퓨터의 성능이 좋아질수록 단시간에 처리할 수 있는 정보의 양도 많아졌으며, 이로 인해 컴퓨터를 이용해 빠른 결과를 얻을 수 있는 분야 역시 넓어졌다.

비누곽, 컵에서부터 자동차, 비행기, 건축물에 이르기까지 실로 다양한 방면의 사물을 디자인하기 위해 이용된다.

7. 4. 시뮬레이션

초기의 디지털 컴퓨터는 군사용으로서 야포의 탄도 계산을 위해 설계되었으며[174], 로켓, 미사일, 핵무기 등을 설계하는 데 쓰였다. 컴퓨터의 성능이 좋아질수록 단시간에 처리할 수 있는 정보의 양도 많아졌으며, 이로 인해 컴퓨터를 이용해 빠른 결과를 얻을 수 있는 분야 역시 넓어졌다.

컴퓨터 성능의 발전과 함께 컴퓨터 그래픽스 (C.G.) 기술의 발전은 눈으로 확인하기 힘든 상황들을 컴퓨터에서 가상으로 진행해 볼 수 있게 했다. 대표적인 시뮬레이션으로는 원자와 전자의 위상, 기상 변화, 은하 간 충돌 등이 있으며, 실제로 경험하기엔 너무 위험하거나 발생 확률이 극히 작아 경험하기 힘든 상황들이 주로 시뮬레이션 대상이 된다.

자연 과학 분야 중 원자, 전자, 쿼크 등으로 구성된 미립자계에서의 미립자 간 충돌, 위상에 관한 연구에 주로 이용되었으며, 관측 시간 단위가 매우 큰 지질 상태 변화를 적절한 시간 단위로 보여주거나, 항성, 은하, 블랙홀 등으로 구성된 우주 공간의 변화를 적절한 화면 크기로 보여주었다.

7. 5. 예술

예술 분야에서 컴퓨터는 다양한 방식으로 활용되고 있다.

1955년에 컴퓨터가 처음으로 음악 작곡에 사용되었지만,[174] 이후 신시사이저라는 연주용 키보드와 컴퓨터를 조합한 전자 장치가 개발되어 여러 악기와 닮은 소리를 만들어 낼 수 있게 되었다.

상업미술 분야에서는 그래픽 디자이너들이 컴퓨터를 활용하여 작품 초안을 그리고 수정하며, 옷감 디자이너들은 컴퓨터를 통해 옷감 무늬를 미리 보여줄 수 있다.[174]

컴퓨터 그래픽스는 측정값을 그림 형태로 바꾸어 이해하기 쉽게 해주며,[174] 랜드샛과 같은 원격탐사 위성이 보내온 지구 모습을 나타내는 데에도 사용된다.

7. 5. 1. 컴퓨터 작곡

컴퓨터를 이용한 음악 작곡은 새로운 발상은 아니다. 이미 17세기 런던의 사무엘 피프스가 만든 작곡 기계가 케임브리지 대학에 남아 있다. 컴퓨터는 명령받은 대로 일을 처리하는 데 능숙하며, 작곡 원칙을 담은 프로그램이 개발되어 있다. 프로그램 일부를 수정하면 다른 작품을 만들 수도 있다.

1955년에 처음으로 컴퓨터가 음악 작곡에 사용되었지만, 인간이 작곡한 음악만큼 인기를 얻지는 못했다. 이는 컴퓨터가 인간의 예술적 재능을 모방하기 어렵거나, 훌륭한 음악을 작곡할 만큼 정교한 프로그램이 아직 개발되지 않았기 때문일 수 있다. 그러나 최근에는 컴퓨터 작곡이 급증하고 있으며, 새로운 기법을 도입한 신세대 음악가들이 다양한 시도를 하고 있다.

7. 5. 2. 신시사이저

신시사이저는 연주용 키보드와 컴퓨터를 조합한 복잡한 전자 장치이다. 악음(樂音)은 기음상(起音相), 지속상, 소음상(消音相)의 3가지 상(相)으로 구성되어 있다. 기음상에서는 소리가 점점 강해지고, 지속상에서는 얼마 동안 거의 일정한 상태로 머무르다가, 소음상에서는 점점 작아진다. 이 3가지 상을 거치는 과정은 악기마다 다르며, 이것이 각 악기의 독자적인 음색을 만든다. 신시사이저는 각각의 상을 개별적으로 조정하여, 여러 가지 악기와 닮은 소리를 만들어 낼 수 있다. 연주는 키보드를 통해 이루어지며, 컴퓨터가 만들어 내는 음악은 마치 연주자가 선택한 악기에서 울려오는 듯이 들린다.[174]

7. 5. 3. 컴퓨터와 상업미술

예술은 풍부한 상상력과 높은 기교를 통해 새롭고 매력적인 것을 만들어 내는 과정이라고 할 수 있다. 현재 상업미술의 많은 분야에서 컴퓨터를 활용하여 작품을 만들고 있다. 예를 들어, 그래픽 디자이너는 작품의 초안을 만들 때 컴퓨터를 이용하여 화면에 러프 스케치를 그리고 색을 칠하며, 선이나 문장을 자유롭게 수정할 수 있다. 디자이너는 작업 과정에서 다양한 요소를 변경하고, 필요하다면 그림 자체도 얼마든지 바꿀 수 있다.[174]

만족스러운 결과물이 완성되거나 작업 도중에라도 화면상의 작품을 인쇄할 수 있다. 이 경우 별도의 프로그램을 통해, 이미지를 구성하는 수치 정보를 컬러 작도기를 움직이는 데 필요한 명령으로 변환한다. 옷감 디자이너도 이와 유사한 방법을 사용하여, 실제로 옷감을 짜지 않고도 어떤 무늬의 옷감이 될지 고객에게 보여줄 수 있다. 고객이 무늬에 만족하면, 컴퓨터는 방직기를 작동시키는 데 필요한 일련의 명령을 생성하고 자동으로 해당 무늬의 옷감을 생산한다.[174]

7. 5. 4. 컴퓨터와 설계 디자인

초기의 디지털 컴퓨터는 군사용으로서 야포의 탄도 계산을 위해 설계되었으며[174], 로켓, 미사일, 핵무기 등을 설계하는 데 쓰였다. 컴퓨터 성능의 발전과 함께 컴퓨터 그래픽스 (C.G.) 기술의 발전은 눈으로 확인하기 힘든 상황들을 컴퓨터에서 가상으로 진행해 볼 수 있게 했다. 대표적인 시뮬레이션으로는 원자와 전자의 위상, 기상 변화, 은하 간 충돌 등이 있다.

자연 과학 분야 중 원자, 전자, 쿼크 등으로 구성된 미립자계에서의 미립자 간 충돌, 위상에 관한 연구에 주로 이용되었으며, 관측 시간 단위가 매우 큰 지질 상태 변화를 적절한 시간 단위로 보여주거나, 항성, 은하, 블랙홀 등으로 구성된 우주 공간의 변화를 적절한 화면 크기로 보여주었다.

기술자는 상상력을 구사하여 목표했던 기능을 발휘하는, 새롭고 매력 있는 장치나 기계를 만들어 내기 위해 계산, 대체안의 검토, 해(解)의 분석과 제시 등을 필요로 한다. 컴퓨터 원용 설계(CAD)는 이러한 작업의 모든 측면에서 기술자를 돕는다. CAD 프로그램은 흔히 마우스를 써서 설계 내용을 컴퓨터에 입력한다. 프로그램은 설계자의 명령을 숫자로 변환하고 처리하여, 화면에 그 물건의 형태를 나타낸다. 3차원의 입체적 화상으로서 표시하는 프로그램도 개발되어 있다. 이 화상은 원하는 대로 그 모양이나 기능에 의해서 명확한 이미지를 얻을 수 있다. 이 부분에서 목표에 이르면, 다음에는 실제로 제작하기 위한 상세한 도면과 부품 목록을 만들게 된다. 여기에는 2차원의 프로그램을 쓰며, 데이터는 3차원 프로그램으로부터 입력하든가 설계자가 직접 입력한다.

많은 사업에서 제도판은 컴퓨터 원용 프로그램과 데스크톱 컴퓨터로 인해 완전히 밀려나고 말았다. 화면상에서 도면이 완성되면 다른 프로그램을 사용하여, 도면의 수치에 의한 표현을 프린터를 작동시키기 위한 지령으로 변환한다. 부품을 해석하고, 그 기능을 예측하기 위해서는 별도의 프로그램을 사용하는데, 구조물에 하중이 가해졌을 때의 변화를 계산하는 것 등이 그 예이다. 또 부품 내부의 열이나 전류의 흐름을 그림으로 나타내거나, 부품을 만드는 데 필요한 비용을 계산하는 프로그램도 있다.

여러 가지 CAD 시스템을 제조 기계와 결합시켜, 설계에서 제조까지 일관된 공정을 형성할 수도 있다. 이 방식을 도입하는 데는 높은 비용과 복잡한 과정이 필요하기 때문에 별로 채택되지 않지만, 기업으로서 성공하기 위해 이 방식이 필요한 산업도 있다. 그 좋은 예가 자동차 산업이다. 디자이너가 아이디어를 스케치하면 그로부터 상세한 도면이 만들어진다. 컴퓨터에서는 이미 사용되고 있는 부품·제조·가공·기계에 대한 지식을 이용하여 그 제품을 만드는 데 필요한 작업 프로그램을 만든다. 각각의 부품을 만드는 제조·가공 기계의 준비가 완료되면, 필요한 일련의 명령이 기계에 직접 전달된다. 그리고 모든 부품이 갖추어지면, 컴퓨터는 그 사실을 기술자에게 알리고 기술자는 조립 작업을 개시한다. 예전 같으면 완벽한 시제품이 만들어질 때까지 몇 번이고 시제품을 만들어 보고, 마음에 들지 않으면 깨뜨려 버리는 작업을 되풀이했다. 그러나 컴퓨터 원용 기술을 이용하면, 시제품의 수를 줄이고 제품 개발 비용을 낮출 수가 있다.

7. 5. 5. 컴퓨터 그래픽스

컴퓨터를 사용하면 실험을 통해 얻어진 측정치를 그림의 형태로 바꾸어 표시할 수 있다. 이렇게 그림으로 나타내는 것이 긴 수치의 나열보다 훨씬 이해하기 쉬운데, 이것도 컴퓨터 그래픽스의 하나이다. 예를 들면, 각 지방의 강우량이나 환자의 몸 각 부분을 통과한 X선의 강도 등이 하나의 지도로 표시된다.[174] 컴퓨터 그래픽스를 이용하여 측정치를 표시할 경우, 같은 값은 같은 색으로 나타나며, 색깔로서 값의 차이를 표현하고 있다. 이와 같이 측정값을 여러 색의 화상으로 표현함으로써, 실제로는 눈에 보이지 않는 대상에 대해, 경우에 따라서는 그 움직임에까지 직관적인 이미지를 줄 수가 있다.

7. 5. 6. 인공위성과 컴퓨터 그래픽스

초기 디지털 컴퓨터는 군사용으로 야포의 탄도 계산을 위해 설계되었으며[174], 로켓, 미사일, 핵무기 등을 설계하는 데 쓰였다. 컴퓨터의 성능이 좋아질수록 단시간에 처리할 수 있는 정보의 양도 많아졌으며, 이로 인해 컴퓨터를 이용해 빠른 결과를 얻을 수 있는 분야 역시 넓어졌다.

컴퓨터 그래픽스는 랜드샛과 같은 원격탐사 위성에서 촬영하여 보내온 지구의 모습을 나타내는 데도 이용된다. 이 인공위성은 여러 가지 파장의 빛을 사용하여 지구를 탐사하고, 지구로부터의 반사광의 강도를 전자적으로 기록하여 신호로써 보내오는데, 컴퓨터는 이 신호를 처리하여 채색 화상을 만든다. 보통의 사진에서는 촬영할 수 없는 것을 화상으로 만들 때에도 컴퓨터 그래픽스를 사용할 수 있다. 예를 들면, 항성으로부터 오는 보이지 않는 전파의 강도를 측정하여 그 결과를 나타내거나, 레이다에 의한 비행기 탐지, 일기예보 상황을 화면에 표시할 수 있다. 또한 수중 탐사의 음파 분석에도 컴퓨터를 사용한다. 물 위에 떠 있는 배로부터 아래를 향해 내보낸 음파의 반향의 강도를 측정하고, 그 결과를 해저 지도로 표시한다. 이 방법으로 침몰한 배를 발견할 수도 있는데, 실제로 침몰한 타이타닉호를 발견하는 데에도 활용되었다.

7. 6. 의학

병원에서는 환자 몸의 내부 영상을 얻기 위해 컴퓨터에 의한 화상 기술을 폭넓게 이용하고 있다. 어머니 태내에 있는 태아의 화상도 초음파와 컴퓨터를 이용하여 얻어진다. 의사는 그로써 태아가 정상으로 자라고 있는가를 진단할 수 있다. 인체에 함유되어 있는 화학 물질은 전자파를 이용한 핵자기공명 영상법(NMRI)을 써서 조사할 수가 있다. 환자는 긴 원통 모양의 자석 속에 눕는다. 자장 속에서 원하는 각각 특정 주파수의 전자파를 흡수하므로, 몸 안에 있는 각각의 원자의 농도를 측정할 수가 있으며, 그 데이터를 컴퓨터를 이용하여 화상으로 만들어 내고 있는 것이다. 또 하나의 효과적인 영상법은 CT 스캐너이다. CT 스캐너는 X선원으로부터 방사상으로 발사한 X선을 환자 몸 안에 통과시킨 뒤 측정한다. X선원을 회전시킴으로써 인체의 단면을 여러 각도에서 볼 수가 있으며, 컴퓨터는 이것을 통해 완전한 화상을 만들어 낸다.

7. 7. 텔레비전 방송

텔레비전 방송에서 컴퓨터 그래픽은 중요한 역할을 맡고 있다. 최근의 텔레비전 방송에서는 컴퓨터 그래픽을 많이 볼 수 있다. 컴퓨터 그래픽은 여러 가지 수치 자료를 그림과 도표로 바꾸어 표시하는 것으로, 점, 선, 원, 타원, 문자 등을 표시하며 그림과 도표, 문자 등을 크게 확대하거나 축소할 수 있다. 또한 위치를 움직이거나 회전시킬 수 있다. 그리고 다른 화면과 겹쳐서 문자, 그림, 도표 등을 나타낼 수 있고, 물체의 입체적인 모습으로 나타낼 수 있다. 또한 글자, 그림, 도표 등의 색깔을 자유롭게 변환시킬 수 있다. 이처럼 컴퓨터 그래픽은 여러 가지 기능이 있어 시청자에게 보다 재미있고 알기 쉬운 그림과 도표를 보여준다.

8. 컴퓨터 직종과 학문분야

현대 사회에서 많은 직업군이 컴퓨터를 사용한다. 컴퓨터에 대한 연구, 프로그래밍, 활용 기술을 전문으로 하는 직종과 학과는 꾸준히 발전해왔다. 각 직종에 대한 전문 용어들은 계속 바뀌고 새로운 분야가 생겨나고 있다. 주요한 학문 분야는 다음과 같다.


  • 컴퓨터 과학은 효율적인 알고리즘을 개발하는 등, 연산에 관련된 과정을 연구하는 학문이다. 전산학은 컴퓨터를 사용함으로써 문제들을 해결할 수 있는지, 어떻게 효과적으로 문제를 풀 수 있는지에 대한 답을 찾는다. 새로운 컴퓨터를 어떻게 디자인할까 연구하기도 한다.
  • 소프트웨어 공학은 믿을 수 있는 소프트웨어 시스템을 개발하며, 개발에 드는 시간과 비용을 계산하고 줄이는 방법을 연구하여 실행한다.
  • 정보 시스템은 사업체를 비롯한 다양한 조직 환경에서 컴퓨터 시스템 활용에 초점을 맞춘다.
  • 다른 분야와 컴퓨터를 잇는 학문 분야가 많이 생겨나고 있다. 한 가지 예로 컴퓨터 기술을 응용해 지리 정보에 관한 문제를 처리하는 지리정보시스템 전문가를 들 수 있다.


컴퓨터 사용이 사회 전반으로 확산됨에 따라 컴퓨터 관련 직업의 수가 증가하고 있다.

컴퓨터 관련 직종
하드웨어 관련전기 공학, 전자 공학, 컴퓨터 공학, 통신 공학, 광학 공학, 나노 공학
소프트웨어 관련컴퓨터 과학, 컴퓨터 공학, 데스크톱 퍼블리싱, 인간-컴퓨터 상호작용, 정보기술, 정보 시스템, 계산 과학, 소프트웨어 공학, 비디오 게임 산업, 웹 디자인



컴퓨터들이 잘 작동하고 정보를 교환할 수 있도록 하는 필요성으로 인해 공식적이거나 비공식적인 많은 표준 기구, 클럽 및 협회가 생겨났다.

기관
표준 단체ANSI, IEC, IEEE, IETF, ISO, W3C
전문가 협회ACM, AIS, IET, IFIP, BCS
자유/오픈 소스 소프트웨어 단체자유 소프트웨어 재단, 모질라 재단, 아파치 소프트웨어 재단


9. 보존 및 소장

컴퓨터는 역사적인 가치나 공을 들인 경우, 또는 보기 힘든 아날로그 방식의 컴퓨터를 주로 보존한다. 대한민국에서는 금성사(현 LG전자)의 패미콤 마이티나 삼성전자의 SPC-1000 등 구형 아날로그 컴퓨터를 보존 처리하며, 기업 역사관이나 박물관 등에서 소장하고 있다.

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