[컴퓨터공학개론] 컴퓨터 시스템 / 컴퓨터의 역사, 개요 및 구조

1. 컴퓨터의 역사

가. 등장배경

 컴퓨터의 초기 등장배경에는 서양식 주판과 중국의 주판의 개발로부터 시작된다. 계산도구였던 주판은 배우기 쉽고 용이하며, 숙련되면 매우 빠르게 계산할 수 있어 용이한 도구이다. 이처럼 기원전 시대에 컴퓨터란 전자 기기가 아닌 주판이나 계산기와 같은 전통적인 계산도구였다.

 

나. 세대별 분류

 컴퓨터는 각각 1세대부터 5세대까지 분류할 수 있다. 제1세대의 컴퓨터는 진공관을 사용하여 회로를 만들어졌고, 초당 수백 개의 명령 처리밖에 하지 못했다. 또한 기억용량의 범위는 수천 자밖에 되지 않았다. 제2세대의 컴퓨터는 트랜지스터를 사용하여 회로를 구성할 수 있게 되었고, 초당 수천 개의 명령 처리를 할 수 있게 되었다. 또한 제2세대 컴퓨터의 기억용량은 수만 자로 제1세대의 컴퓨터에 비해 10배 이상 증가하였다. 제3세대 컴퓨터는 수십개의 트랜지스터로 구성된 집적 회로(IC)가 사용되었다. 초당 수백만 개의 명령 처리가 가능해졌고, 수십만 자의 기억 용량을 가지게 되었다. 제4세대 컴퓨터는 고밀도 집적 회로(LSI)를 사용하며 이전 3세대의 비해 초당 명령 처리를 수억 개까지 해낼 수 있게 되었다. 기억 용량 또한 수억 자로 제3세대에 비하여 기하급수적으로 늘어났다. 현재 세대인 제5세대에서는 초고밀도 집적 회로(초LSI)를 구성하고 있으며 초당 수십억 개의 명령 처리와 수십억 자 이상의 기억 용량을 가지게 되었다. 컴퓨터는 세대를 거듭하면서 소형화가 추구되어 왔다. 제1세대의 컴퓨터 크기가 교실 하나정도의 크기라면 제5세대 컴퓨터의 크기는 소형과 초대형의 크기로 나타나게 되었다.

	제1세대 컴퓨터	제2세대 컴퓨터	제3세대 컴퓨터	제4세대 컴퓨터	제5세대 컴퓨터
회로	진공관	트랜지스터	집적회로(IC)	고밀도 집적 회로(LSI)	초고밀도 집적 회로 (초LSI)
명령어 처리 수	초당 수백 개	초당 수천 개	초당 수백만 개	초당 수억 개	초당 수십억 개
기억용량	수천 자	수만 자	수십만 자	수억 자	수십억 자

 

다. 특징 및 요약

 다양한 컴퓨터의 양상에 앞서 우리에게 익숙한 모양인 개인용 컴퓨터의 모습은 IBM 퍼스널 컴퓨터 5150을 출시하면서 정학되었다. 컴퓨터의 기본 구성은 크게 하드웨어와 소프트웨어로 나눌 수 있다. 하드웨어에서는 중앙처리장치와 주기억장치, 보조기억장치, 입력장치 및 출력장치의 구성요소를 이루고 있다. 또한 소프트웨어에서는 윈도우나 맥OS와 같은 운영체제와 워드프로세서나 포토샵 등 다양한 종류의 응용 소프트웨어로 구성이 이루어진다고 볼 수 있다.

 

2. 개요

가. 기능 및 특징

 컴퓨터 시스템의 기본 구조는 하드웨어와 소프트웨어로 이루어진다. 하드웨어는 전자회로와 다른 물리적인 장치로 이루어져 있으며, 소프트웨어는 이를 활용할 수 있는 프로그램과 기술들로 이루어져 있다. 하드웨어 구성에는 입력 장치, 중앙처리 장치, 주기억 장치, 보조기억 장치, 출력 장치 등으로 이루어져 있다. 각 장치들은 중앙처리 장치를 중심으로 자료 신호와 명령 신호들을 주고 받는다.

 

나. 융합 및 응용분야

 다양한 융합 기술 중 ‘VR’와 ‘AR’에 대해 소개하고자 한다. VR(Virtual Reality, 가상현실)은 컴퓨터로 만들어 놓은 가상의 세계에서 사람이 실제와 같은 체험을 할 수 있도록 하는 기술이다. 디스플레이 디바이스 HMD를 활용하여 VR을 체험할 수 있다. AR(Augmented Reality, 증강현실)은 실제 존재하는 현실의 이미지에 가상의 부가 정보를 덧붙여서 보다 증강된 현실을 실시간으로 보여주는 기술이다. 사람의 눈으로만 가상의 물체를 보는 것이 제한적이기 때문에 스마트폰, 태블릿 PC 등의 장비를 활용하여 기술을 적용한다.

 

3. 구조

가. 시스템 소프트웨어의 기능과 종류

 시스템 소프트웨어란 컴퓨터 사용자가 컴퓨터를 사용할 수 있게 도와주는 동시에 컴퓨터 시스템을 효율적으로 운영해주는 기능을 갖춘 프로그램의 집단이다. 시스템 소프트웨어는 컴퓨터 하드웨어 제작 회사에 의해 제공되며 흔히 운영체제(OS)라고 불린다. 시스템 소프트웨어는 컴퓨터 시스템의 자원을 보다 효율적으로 관리하고 운영하여 시스템의 생산성을 향상시키고, 사용자들에게 컴퓨터 시스템 사용의 편의성을 제공하는 기능을 하고 있다.

 시스템 소프트웨어의 종류에는 운영체제(OS), 언어 번역 프로그램, 유틸리티(Utility)가 있다. 운영체제는 컴퓨터의 전체적인 작동을 관리하며, 리눅스, 윈도우, 맥OS 등 다양한 프로그램이 있다. 언어 번역 프로그램은 프로그래밍 언어를 기계어로 번역하는 프로그램이다. 어셈블리어를 번역하는 프로그램은 어셈블러, 고급언어를 번역하는 것은 컴파일러다. 유틸리티 프로그램이란 컴퓨터의 조작을 편리하게 해주는 프로그램으로 기억 장치에 저장하였다가 사용자 필요시에 호출하여 사용한다.

 

나. 명령어 구성방식

 중앙처리 장치의 종류는 명령어의 구성방식에 따라 CISC, RISC로 구분할 수 있다. CISC란 프로그래밍을 통해 다양한 명령어 형식을 제공한다. 복합명령어 집합으로 구성되어 있으며 다양한 명령어를 가진다. 그러나 구조가 복잡하여 생산 단가가 높고, 전력 소모가 크다는 한계가 있다. RISC는 중앙처리 장치의 명령어를 최소한으로 줄여 CISC보다 단순화되고 더 많은 레지스터를 가지고 있다. RISC는 자주 사용하는 명령어들로 구성되어 있고, 주로 워크스테이션을 중심으로 많은 사용이 이루어지고 있다.

 

다. 명령어 호출 및 실행 과정

 

라. 주기억장치의 기능과 종류 및 특성

 주기억 장치는 중앙처리 장치와의 정보 교환을 위해 프로그램과 데이터를 저장하고, 프로그램 수행에 필요한 명령어와 데이터를 기억하는 기능을 한다. 또한 보조기억장치로부터 프로그램이나 자료를 이동시켜 실행시킬 수 있는 기억장소이다. 주기억장치는 초기 기억매체로 자기코어와 트랜지스터를 사용하여 전류를 통해 0과 1을 기억하게 하였다. 그러나 현재에는 반도체 기억장치를 사용하기 시작했다.

 반도체 기억장치의 종류에는 롬(ROM)과 램(RAM)이 있다. ROM(Read Only Memory)은 기억된 내용을 자유롭게 읽을 수 있으며, 읽기 전용인 비휘발성 기억 장치이다. 전자 회로로 기억하기 때문에 전원이 끊어져도 내용이 보관된다는 특성이 있다. RAM(Random Access Memory)은 사용자가 작성한 문장이나 프로그램이 기억되는 기억장소이다. 전원이 끊어지면 기억된 내용이 모두 지워지는 휘발성 메모리이며, 데이터를 지속적으로 유지하기 위해서는 보조기억장치를 이용해야 하는 특성이 있다.