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제 1 제 제제제 제제 2002.3.8. 제제제제제 (C,D)

제 1 장 컴퓨터 입문

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제 1 장 컴퓨터 입문. 2002.3.8. 생물공학부 (C,D). 개관. 컴퓨터의 정의 계산할 수 있는 모든 장치 데이터와 명령을 입력하여 저장할 수 있으면 빠른 속도로 이를 처리하여 정확하게 출력하는 장치 하드웨어 입력장치 , 기억장치 , 연산장치 , 제어장치 , 출력장치 기계 자체 소프트웨어 하드웨어로 하여금 특정기능을 수행하게 하는 명령어의 연속. 컴퓨터의 이용 범위 신속하고 정확한 계산이 필요한 응용 ( 과학 계산 ) 많은 양의 정보를 저장하는 분야 ( 데이터베이스 ) - PowerPoint PPT Presentation

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제 1 장 컴퓨터 입문

2002.3.8.

생물공학부 (C,D)

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개관• 컴퓨터의 정의

– 계산할 수 있는 모든 장치– 데이터와 명령을 입력하여 저장할 수 있으면 빠른 속도로

이를 처리하여 정확하게 출력하는 장치• 하드웨어

– 입력장치 , 기억장치 , 연산장치 , 제어장치 , 출력장치– 기계 자체

• 소프트웨어– 하드웨어로 하여금 특정기능을 수행하게 하는 명령어의

연속

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• 컴퓨터의 이용 범위– 신속하고 정확한 계산이 필요한 응용 ( 과학 계산 )

– 많은 양의 정보를 저장하는 분야 ( 데이터베이스 )

– 사무 , 교육 , 출판 , 경영• 컴퓨터의 주요 분야 ( 과목 )

– 디지털 논리 , 컴퓨터 구조 , 마이크로 프로세서– 프로그래밍 언어 , 자료구조 , 알고리즘 , 인공지능– 어셈블러 , 시스템 프로그램 , 운영체제 , 컴파일러– 네트워크 , 멀티미디어 , 분산시스템 등

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컴퓨터의 기능과 특징• 전자 장치

– 광속에 비견하는 속도로 계산– 반도체를 이용– 전기가 끊어지면 ?

• 내장 프로그램 수행– 프로그램의 지시사항을 순차적으로 수행– 프로그램의 변화로 컴퓨터의 기능 변화 가능

• 저렴한 처리 비용– 속도의 향상과 가격의 하락

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컴퓨터의 기본 원리• Completeness Theory

– 모든 함수는 AND, OR, NOT 으로 구현 가능– 함수 : 일대일 , 다대일 대응 (mapping)

• AND, OR, NOT 은 전기 회로로 구현이 가능A B

A and B (AB)

A

B

Not A (~A)

AVcc

GND

A or B (A+B)

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• 전기의 흐름 여부에 의해 정보 표현• 이진 논리와 부합• 전기 흐름 = TRUE = 1• 전기 불통 = FALSE = 0• 비트 : 0,1 을 나타내는 최소 단위• 논리식으로 표현된 함수의 회로화 가능• 회로화 후에는 광속으로 계산이 수행됨

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1.1 컴퓨터 지식의 필요성• 전산 시스템의 역할 ( 은행 업무 및 보험 )

• 호출기 , 휴대용 전자수첩 , 전자영어사전 , 단어 판독기 , 휴대폰…

• PC(personal computer)

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컴맹탈출의 의미• 컴퓨터가 할 수 있는 일과 없는 일의 구분• 사무용 프로그램의 사용 (word processor,

database, spread sheet)

• 컴퓨터를 하나의 일반적인 혹은 전문적인 도구로의 사용

• 컴퓨터가 현재 및 미래의 사회에 미치는 영향의 인지

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우리의 자세• 컴퓨터의 능력을 자신의 요구에 따라서

활용할 수 있는 최소한의 지식을 보유• 컴맹 탈출의 소극적인 자세 보다는 최대한

활용할 수 있는 소양을 갖추자 ( 이번 학기 전산개론의 교과목표 입니다 . 우리 같이 이렇게 되도록 노력 합시다 .)

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1.2 컴퓨터의 역사• 계산기기 ( 주판 , Abacus)

• 1610 수학자 존 네이피어 - 막대기 ( 뼈 ) 를 일정한 순서로 배열하여 곱셈을 수행하는 장치를 개발

• 1645 파스칼 - 파스칼 라인 ( 최초의 상업용 계산기 ), 덧셈과 뺄셈만 가능

• 1673 라이프니츠 - 정확한 덧셈 , 뺄셈 , 곱셈 , 나눗셈 , 대강의 루트 계산

• 1820 칼마 - 사칙연산이 모두 가능한 실용적인 계산기인 산술기 제작

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컴퓨터의 태동 (I)

• 영국의 찰스 배비지 : 수학의 테이블 생성 장치 설계의 고안 중 차분 엔진의 개발

• 원리 : 테이블에서 새로운 값을 생성해 내는데 바로 이전의 값들간의 차이 ( 차분 -difference engine) 를 이용

• 분당 20 자리 숫자 2 개를 계산하고 결과를 출력할 수 있는 증기동력의 차분 엔진 개발

• 해석 엔진의 등장 : 부호화된 천공카드의 사용 , 일련의 정교한 기둥 , 기어 , 바퀴 , 지레 등을 통하여 지속적으로 정보가 흐를 수 있도록 고안 ( 오늘날 사용하는 컴퓨터의 기본적인 개념을 포함하는 진정한 의미의 계산기 )

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컴퓨터의 태동 (II)

• 해석엔진의 구조 : 데이터 입력 , 산술 연산 장치 , 데이터와 명령의 기억 장치 , 출력 디스플레이 등을 포함

• 문제점 : 이해하기 힘든 장치 ( 거의 한 세기 후에야 컴퓨터의 이론적 모델로 인정 )

• 에이다 (Ada, 러브레이스 백작부인 )- 배비지의 노트 , 삽화 , 예제 ,프로그램등의 번역 . 배비지의 코드화된 명령카드가 기계제어의 기본 골격임을 인지 , 기계에 대한 실제 프로그램의 작성 (세계최초의 프로그래머 , 미국방성의 프로그래밍 언어를 Ada 로 명명 )

• 천공카드의성공적 이용 ( 인구 조사국의 토마스 홀러리스 : 카드에 천공된 인구조사정보를 자동적으로 읽어내는 기계의 발명 (카드천공기 , 전자식 카드 판독기 , 전자계산식 카드 정렬기로 구성 )

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컴퓨터의 태동 (III)

• 인구조사 작업을 2 년만에 완성• 장치의 상업화 -IBM 의 모태• 1930 하위드 에이켄 - 릴레이 방식의 컴퓨터 고안 ,

완전 자동화된 계산이 가능해 짐 , 제어이동의 명령 실행이 불가능한 단점 ( 이유 : 미리 펀치된 종이테이프의 사용 )

• 1960 알란 튜어링 - 튜어링 머쉰의 고안 , 논리 작업이 수행 가능하도록 설계 , 무한한 길이의 종이테이프에 적힌 기호를 지울 수도 있는 가상적인 기계 (유한상태기계 :finite state machine), 오늘날의 RAM

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전자식 컴퓨터의 등장 (I)• 1940 년대 초반 : ABC(Atanasoff Berry Computer): 진공관을

이용하여 만들어진 최초의 컴퓨터• ENIAC(Electronic Numerator, Integrater,Analyzer, and Computer,

애커트 , 모클리 제작 ): 전쟁을 위한 특수 목적용 컴퓨터 , 메모리 장치로 사용된 진공관과 기계를 식히기 위하여 넓은 공간 요구

• EDVAC(Electronic discrete Variable Automatic Computer) : 메모리의 확장 , 프로그램의 컴퓨터 내장 가능

• 1945 년 IAS(Institute for Advanced Study: 존 포이만 ): 하드웨어 구조를 바꾸지 않고 적당히 프로그램의 제어를 조정함으로써 어떤 종류의 계산도 가능하리라는 착안 , 실제적이고 고속의 컴퓨터가 구성 가능해짐 ( 프로그램 내장 방식 :Stored Program Technique)-> 존포이만 기계

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전자식 컴퓨터의 등장 (II)

• 1949 켐브리지 EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Computer): 내장 프로그램의 제어하에 작동되는 최초의 범용 전자식 컴퓨터

• 켄 올센 Whirlwind 컴퓨터를 개발 : 천문학적인 테이터량에 대한 계산상의 혁신

• 1951 UNIVAC I(Universal Automatic computer)-인구조사국 , GE 에서 운영된 최초의 상업용 컴퓨터 (스미스소니언 박물관 전시 : 컴퓨터 시대의 진정한 발전 )

• 이후 날마다 소형화 , 가속화 , 더욱 강력해지고 더 많은 작업에 응용

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트랜지스터와 집적회로• 트랜지스터 ( 윌리엄 쇼클리 , 존 바딘 , 월터 브랜튼 ):

진공관의 사용을 대체 - 진공관은 많은 공간을 차지하며 사용시 열이 발생하는 단점 . 하지만 트랜지스터의 경우도 다른 전기부품과 납땜으로 연결되기 때문에 부품이 많아지면 잘못 연결될 가능성이 높아지는 단점

• 클레어 킬비 (1958, Texas instrument): 집적회로 (Integrated Circuit:IC) 또는 칩 (Chip) 발명 - 여러 개의 작은 트랜지스터가 서로 연결되어 모여 있는 것 , 납땜질이 필요 없게 되고 , 제품의 소형화 가능 , 전자 통과 거리의 단축으로 속도의 증가

• 슈퍼 컴퓨터의 등장 , 마이크로 프로세서의 개발 및 PC 의 출현

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1.3 컴퓨터 세대의 구분• 제 1 세대 (1942-1959)

• 회로나 데이터 , 명령의 저장을 위해 진공관 (vacuum tube)을 사용

• 큰 부피 , 많은 열의 방출 : 고장이나 비효율적인 연산의 유발

• 프로그래밍 : 기계어 (0 과 1 의 비트 조합으로 기계 연산을 표현 )- 상당한 시간의 훈련된 전문 프로그래머만이 수행

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• 제 2 세대 (1959-1965)

• 트랜지스터를 이용하여 만든 컴퓨터• 빠른 속도 , 소형 , 100 만분의 1 초동안 하나의 연산

수행 가능• 수만자의 문자 저장• 사무지향적 컴퓨터의 생산• 신뢰성 확보• 프로그래밍 언어 : Assembly( 기계어의 일종 ), Fortran

( 과학 , 수학 공학에 이용 ), COBOL( 일반 사무 )

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• 제 3 세대 (1965-1970)

• IBM360 의 발표 - 범용성을 지닌 컴퓨터• 초소형 집적회로의 사용• 입출력 ( 스캔 , 음성인식 )

• 기억장치 (1 초에 수백만 문자의 저장 )

• 처리능력 (10 억분의 1 초 , 1 나노초 ) 등의 증대• 통신회선을 이용한 컴퓨터 통신• 프로그래밍 언어 : 고급 문제 지향 언어 (high-level pro

blem-oriented language), 또는 절차 지향 언어 (procedure-oriented language)

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• 제 4 세대 (1970- )

• 세대 구분이 어려움• 발전한 입출력 , 기억장치 , 처리능력• 소형화된 집적논리회로 , 레이저메모리의 사용• 가상기억장치 (virtual memory)

• CD(compact disk)

• 다양한 소프트웨어의 개발• PC 의 등장

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• 제 5 세대 (?)

• 사고 , 학습 , 추론등과 같은 인간의 영역으로 생각되는 방식으로 행동하는 능력

• “ 기계와의 대화”• 문제를 해결하고 추론하는 능력• 인공지능 컴퓨터• 전문가 시스템• 자동 번역 시스템• 병렬 처리 기술• 지식을 표현하는 논리형 언어 사용

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1.4 마이크로 프로세서• PC 의 입출력장치와 기억장치 구성의 핵심• 프로세서 : 주어진 자료를 지시대로 처리한다 (

대형컴퓨터의 CPU-Central Processing Unit)

• 개인용 컴퓨터의 CPU 해당 (MPU-MicroProcessing Unit)

• 분류 :집적회로 (Integrated Circuit:IC) 제조 기술에 따라 구분 , 혹은 정보 처리의 단위인 데어터 단어 (word) 의 길이에 따라 8 비트 , 16 비트 , 32 비트 마이크로 프로세서로 구분하기도

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1.4.1 마이크로 프로세서의 역사• Intel 4004 의 탄생 (1969): 일본 SHARP 사는 전자식 탁상

계산기의 CPU 를 하나의 chip 으로 만들고자 인텔사와 계약

• 1971 MOS 기술을 이용한 집적회로로 4 비트 마이크로 프로세서의 개발

• 처리속도가 기대에 미치지 못하여 계약이 취소• 새로운 상품으로 시장에 선보임 -Intel 4004

• Intel 4040 으로 개량• 1973 년 8 비트 마이크로 프로세서인 Intel 8080 개발• 1974 년 미국 모토롤라사의 8 비트 마이크로 프로세서인

MC6800 의 개발

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1.4.1 마이크로 프로세서의 역사• 인텔 모토롤라 자일로그 모스테크• Intel 8085 MC6802 Z80 MCS6502

• (Intel 8080 포함 ) (Apple II)

• i8086(16bit) MC6800 Z8000

• i8088(XT) MC68000(Mac)

• i80286(AT)

• i80386(32bit) MC68020(MacII) Z80000

• (386) MC68030

• i80486 MC68040(F/X)

• i80586(CISC) RISC 의 공동개발

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1.4.2 마이크로 프로세서의 응용• 인텔의 80 계열과 모토롤라의 68 계열이 대표적• 제품별로 구조 , 레지스터의 종류 , 명령체계 , 주소지정

방식 , 입출력포트의 지정방식이 상이• 컴퓨터 시스템의 도입이나 설계시 CPU 를 i80 계열로 할 것인지의 MC68 계열로 할 것인지 신중히 고려

• 호환성의 문제• 마이크로 프로세서 사용의 장점• 1. 고밀도 집적회로로 구성 : 제품의 소형화• 2. 부품비 및 제작비의 감소• 3. 기능 변경 및 확장의 용이• 4. 신뢰성의 확보

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1.4.2 마이크로 프로세서의 응용

• 응용분야별 분류• 1. 컴퓨터 및 주변 장치의 부품• 2. 독립된 장치의 내부제어기 ( 계측기와 자동차 분야 )

• 3. 대형 시스템의 중요 요소 ( 통신 시스템 등 )

• 용도별 분류• 1. 산업용• 2. 가정용• 3. 아마추어용

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1.5 컴퓨터의 응용분야• 사용이유• 1. 빠른 처리속도• 2. 정확성 ( 완벽한 결과의 출력 )

• 3. 신뢰성 : 정기적인 유지 보수 , 예비보관 (back-up), 시스템의 이중화

• 4. 대용량• 5. 경제성 : 비용대 효과면에서

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1.5.1. 과학응용분야

• 1. 기술계산 : 공법 기술의 진보 , 설계시간의 단축• 2. 정보검색• 3. 공정관리 : 공정의 안정 , 생산성 증대 , 품질향상 ,

노동력 절감등에 기여• 4. 설계 및 제작 (CAD, CAM): 설계 및 생산의 자동화

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1.5.2 일반사업분야

• 기업경영의 합리화• 경영 정보 시스템 (MIS:Management Information Syste

m)

• 인사관리업무• 자재관리업무• 회계관리업무• 은행 ( 인터넷 뱅킹의 출현 )

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1.5.3 공공 및 개인분야

• 구급 의료 정보시스템• 교통 제어 시스템

1.5.4 정보통신분야 • 미국의 SAGE 시스템의 등장 ( 방공시스템 )• SABRE 의 개발 ( 항공기 좌석 예약 시스템 )• 광대역 종합통신 서비스 (ISDN)• 정보 고속도로의 구축

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1.5.5. 기타

• 모의 실험 모델 (simulation model): 실제의 실험이 불가능한 경우 및 가능은 하더라도 시간적 , 경제적으로 어려운 경우등의 복잡한 현상에 대하여 가상적인 실험을 통해서 그 해답을 얻는 방법

• 예 : 영종도 국제 공항의 설계• 미국의 방공 시스템

• 공정관리의 자동화 :건설과 조선 분야

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1.6 컴퓨터의 사회적 영향과 부정적 측면

• 1.6.1 사회적 동향• 1.6.2 컴퓨터 사용의 부정적 측면• 1. 개인정보의 유출 • 2. 환경오염• 3. 컴퓨터 관련질환의 증가• 4. 고장시 장애의 발생• 5. 일의 감소

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컴퓨터의 미래• 소프트웨어의 비중이 상대적으로 증가• 하드웨어의 발전 : 계산 및 처리 능력• 소프트웨어 발전 : 컴퓨터 활용 분야의 확대• 새로운 소자의 개발 ( 바이오 칩 )• 자동화• 정보 서비스• 인간의 언어를 이해하는 컴퓨터