[computerStructure] 2. 컴퓨터구조의 발전과정

말랑이·2023년 6월 1일
Backendcomputerstructuredeveloper백엔드개발자컴퓨터구조컴퓨터발전과정
0

computerStructure

목록 보기
2/3
post-thumbnail

1 컴퓨터구조의 발전과정

👾 주요부품 발전과정
릴레이(relay) → 진공관 → 트랜지스터 → 반도체 직접회로 (IC)

📍 릴레이
	- 전류의 유무에 따라 회로를 여닫는 장치
    - 전자기력을 이용해 기계적으로 스위치를 작동함
    - 전자기장으로 금속을 당겨 회로를 컨트롤
    - 전환속도가 매우 느리며 기계식이라 마모됨

📍 진공관
	- 진공속 금속 가열 → 열전자방출 현상을 통해 방출된 전자 → 전기장으로 제어
    - 증폭 특성을 가질 수 있도록 금속 부품과 회로가 들어간 유리
    - 전기 소모량이 많아 열이 높음
    - 높은 열 → 쓰로잉현상 → 효율이 떨어짐

발전과정에서 개선된 특성들

  • 처리속도 향상
  • 저장용량 증가
  • 크기 감소
  • 가격 하락
  • 신뢰도 향상

1️⃣ 최초의 컴퓨터

  • 1642년, Blaise Pascal (프랑스)
  • 덧셈, 뺄셈 수행
  • 기계적 카운터
  • 6개의 원형판세트로 구성
    • 다이얼 위치 → 10진수 표시
  • 각 원형판 : 일시적으로 숫자를 기억하는 레지스터로 사용

2️⃣ Leibniz 기계

  • 1671년, Gottfried Leibniz (독일)
  • 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 계산기
  • Pascal의 계산기에 원형판 2개 추가 → 반복적 방법으로 곱셈, 나눗셈 수행
  • 계산기계들의 조상

3️⃣ Difference Engine

  • 19세기 초, Charles Babbage (영국, 현대 컴퓨터의 할아버지)
  • 표에 있는 수 → 자동적으로 계산함
  • 계산 결과 → 금속천공기 → 프린트
  • 덧셈, 뺄셈 수행

4️⃣ Analytical Engine

  • 19세기 초, Charles Babbage (영국)
  • 어떤 수학 연산도 자동적으로 수행가능 ✅
  • 일반목적용 계산기계
  • 프로그래밍 가능 ✅
    • 프로그램 언어 사용
  • 프로그램 실행순서 변경가능 ✅
    • 수의 부호검사 → 조건 분기
    • 제어카드 → 실행순서변경
  • 주요 부품 → 기계적 장치 ➡️ 속도가 느리고, 신뢰도가 낮음 ⛔️

5️⃣ ENIAC

  • Electronic Numerical Integrator And Computer
  • 1940년대 초, von Neumann (폰노이만)
  • 진공관을 사용한 최초의 전자식 컴퓨터 ✅ (펜실베니아 대학)
  • 프로그램 저장 및 변경 불가능 ⛔️
📍 폰노이만의 설계개념 (stored-program 원리) 발표
	- 프로그램과 데이터 → 내부에 저장
    - 2진수 체계 사용 (binary number system)
    - 1945년 발표 → EDVAC 개발에 사용됨

6️⃣ IAS 컴퓨터

  • 1946 ~ 1952년, 폰노이만이 IAS에서 개발
  • 프로그램 저장 및 변경가능 ✅
  • 최초의 디지털 컴퓨터 ✅
📍 IAS 컴퓨터 주요구성요소
	- 프로그램제어유니트 (Program control unit) : 명령어 인출/해독
    - 산술논리연산장치 (ALU)
    - 주기억장치 : 명령어 + 데이터
    - 입출력장치

📍 IAS 컴퓨터 구조
	- 프로그램코드 → 기억장치에 저장된 순서대로 실행
    - CPU 내부 레지스터 '프로그램카운터'에 의해 저장

2 주요 컴퓨터부품 발전경위

1️⃣ 트랜지스터 (transistor)

👾 트랜지스터 : 1세대 전자식 컴퓨터 핵심부품인 진공관을 대체한 전자부품

  • 진공관보다 작고 저렴함 ✅
  • 진공관보다 적은 열을 발산함 ✅
  • 반도체 재료 → 실리콘(Si)으로 만들어진 고체(solid-state)장치
  • 2세대 컴퓨터들의 핵심부품
  • 초기컴퓨터 : 약 1,000개의 트랜지스터로 구성

2️⃣ 직접회로 (Integrated Circuit : IC)

👾 직접회로(IC) : 수만 개 이상의 트랜지스터 → 하나의 반도체 칩에 직접시킨 전자부품

  • 3세대 컴퓨터들의 핵심부품

📎 직접도에 따른 IC 분류

📍 SSI (Small Scale IC)
	- 수십개의 트랜지스터 직접 → 소규모 IC
    - 기본적 디지털게이트들을 포함하는 칩으로 사용

📍 MSI (Medium Scale IC)
	- 수백개의 트랜지스터 직접
    - 카운터, 해독기, 시프트레지스터 → 조합회로 or 순차회로

📍 LSI (Large Scale IC)
	- 수천개의 트랜지스터 직접 → 대규모 IC
    - 8bit 마이크로프로세서 칩, 소규모 반도체 기억장치 칩
    - 4세대 컴퓨터 분류의 계기

📍 VLSI (Very Large Scale IC)
	- 수만•수십만개 이상의 트랜지스터 직접 → 초대규모 IC
    - 마이크로프로세서 칩, 대용량 반도체 기억장치 칩

📍 ULSI (Ultra Large Scale IC)
	- 수백만개 이상의 트랜지스터 직접 → 고밀도 IC
    - 32bit 이상 마이크로프로세서 칩, 수백 메가바이트 이상 반도체 기억장치 칩

📎 IC 사용에 따른 이점

  • 전기적 통로 짧아짐 → 동작 속도 크게 상승 ✅
  • 컴퓨터 크기 감소
  • 칩 내부 회로들 간 상호연결 → 부품들의 신뢰도 향상
  • 전력소모 감소
  • 냉각장치 소형화
  • 컴퓨터 가격 하락
  • VLSI 출현 → 개인용컴퓨터(PC) 개발

3 컴퓨터시스템 분류

1️⃣ 개인용컴퓨터 (PC)

  • 특징
    • 소형, 저가
    • 성능 : 수십년 전의 대형 메인프레임 컴퓨터의 성능을 능가
  • 발전동향
    • 성능이 개선된 새로운 마이크로프로세서들의 등장 → PC 성능 계속 향상 ✅
    • 8bit, 16bit, 32bit CPU 사용 → 단어길이 증가
      • 64bit 단위의 데이터처리 + 기억장치주소 사용 PC 증가추세
    • 다수의 명령어 실행 유니트 or CPU 코어포함 프로세서 구조로 발전
      • 슈퍼스칼라, 듀얼-코어, 멀티-코어
    • 칩의 직접도 상승 → 주변요소 CPU 칩 내부에 포함 ➡️ 속도 및 신뢰도 향상 ✅
    • GPU(Graphic Processing Unit) 계산보조장치로 사용 → 고속 그래픽처리 + 복잡 과학기술 계산 ✅
    • 주기억장치 및 보조저장장치 용량증가
  • 종류
    • 데스크탑
    • 노트북
    • 넷북
    • 테블릿
    • 포켓

2️⃣ 임베디드컴퓨터 (Embedded Computer)

👾 임베디드컴퓨터 : 기계장치 및 전자장치 내부에 포함 → 장치들의 동작을 제어하는 컴퓨터

  • 가전제품, 컴퓨터주변기기, 모바일폰 등
  • 8bit 마이크로컨트롤러 초소형 ~ 32bit 컴퓨터
  • 최소의 비용 ➡️ 필요만큼의 성능 제공 ✅
  • 실시간처리 (real-time processing)
  • IoT 및 지능형로봇 핵심요소

3️⃣ 서버급컴퓨터시스템

📎 워크스테이션(workstation)

  • CPU : 64bit 마이크로프로세서
  • 고속 그래픽처리 하드웨어 포함
  • 3차원 동영상처리, 시뮬레이션, CAD 등
  • OS : UNIX, LINUX

📎 슈퍼미니컴퓨터(super-minicomputer)

  • 시스템구조 : 다중프로세서(multiprocessor)구조
  • CPU : 20 ~ 30개
  • 성능 : VAX-11 미니컴퓨터 성능의 수십배 이상
  • OS : UNIX, LINUX
  • 서버급 시스템의 다운사이징화 주도
    → 네트워크에 접속된 중형급 컴퓨터 시스템 ➡️ 응용(용도)별로 구분하여 사용하는 컴퓨팅 환경 가능
📍 다운사이징 (downsizing)
	- 대형컴퓨터 중앙집중식 전산시스템 → 분산식 전자시스템
    - 워크스테이션, 개인용컴퓨터를 하나의 통신망으로 묶음

📎 메인프레임컴퓨터(mainframe computer)

  • 중앙집중식 컴퓨팅을 위한 대형컴퓨터
  • IBM 360 → 370 → 3081 → 3090 계속 발전 (최신 IBM zEnterprise)
  • 대용량 저장장치 보유
  • 다중 I/O 채널 → 고속 I/O 처리
  • 대규모 데이터베이스 저장 및 관리용

📎 슈퍼컴퓨터(supercomputer)

  • 현존 컴퓨터 중, 처리속도 + 기억장치 용량 → 다른 컴퓨터에 비해 상대적으로 월등
  • 항공우주공학, 천문학, 인공지능, 입체영상처리 등
  • 대규모 과학 계산 및 시뮬레이션에 이용
📍 파이프라인 슈퍼컴퓨터 (pipeline supercomputer)
	- 초기 슈퍼컴퓨터
    - 복잡한 초고속 연산회로 포함
    - 적은수의 CPU들로 구성
    - 고속벡터계산 수행

📍 대규모 병렬컴퓨터 (massively parallel computer)
	- 상호연결된 수백, 수천개 이상의 범용프로세서들로 구성
    - 프로세서 → 하나의 큰 작업을 분담 ➡️ 동시에 처리 (병렬처리)
    
📍 클러스터 컴퓨터 (Cluster Computer)
	- 고속 LAN or 네트워크스위치 → 서로 연결된 PC, 워크스테이션들의 집합체
    - 클러스터 미들웨어 → 노드(단위컴퓨터) 자원 ➡️ 단일 시스템 이미지(SSI)로 통합
    - 저렴한 가격 → 고성능 고신뢰 병렬컴퓨팅 환경 구축가능
profile
말랑이
🐱Sunyeon-Jeong, mallang developer🐰
이전 포스트

[computerStructure] 1. 컴퓨터시스템 개요

다음 포스트

[computerStructure] 3. CPU 구조와 기능

0개의 댓글