2017년 11월 21일 화요일

주판에서 양자컴퓨터까지

근대적인 의미의 컴퓨터가 발명된 것은 그리 오래되지 않은 일이지만, 컴퓨터가 나오기 오래 전부터 각종 계산기가 발명된 바 있었다. 인류가 발명한 가장 오래된 계산기 중의 하나는 바로 주판이다. 오늘날에는 실제로 이용하는 사람이 거의 없겠지만, 기원전 500년 무렵 중국에서 발명된 것으로 보이는 주판은 10진법에 기초한 최초의 디지털 계산기라고 볼 수 있을 것이다.
고대 그리스시대의 달력컴퓨터 안티키테라의기계. ⓒ Free Photo
고대 그리스시대의 달력컴퓨터 안티키테라의기계. ⓒ Free Photo
고대 그리스의 유물 중에서 ‘안티키테라의 기계(Antikythera Mechanism)’ 라고 불리는 것이 있는데, 약 100년 전인 1900년경에 그리스의 안티키테라 섬 부근에서 발견되어 잠수부들에 의해 건져 올려진 것이다. 지금으로부터 약 2000년 전에 난파되어 바다 밑에 가라 않은 고대 그리스의 선박에서 다른 유물들과 함께 발견이 된 바 있다.
이러한 안티키테라의 기계는 매우 복잡하고 정교한 톱니바퀴 장치들로 되어 있어서 그 용도와 정체가 무엇인지 오랫동안 알 수가 없었는데, 최근에 이를 연구한 학자들은 안티키테라의 기계가 해와 달의 움직임 등을 정밀하게 계산해 낼 수 있는 일종의 ‘달력 컴퓨터’였다는 놀라운 사실을 알아내었다.
그러나 안티키테라의 기계는 오랫동안 잊혀져왔으므로 후대의 계산기나 컴퓨터의 발명에 영향을 주지는 못했고, 서유럽에서는 17세기에 유명한 철학자이자 수학자인 파스칼(Blaise Pascal; 1623-1662)이 톱니바퀴를 응용한 기계식 계산기를 발명한 바 있다. 현대 컴퓨터 프로그래밍 언어의 한 가지인 파스칼은 바로 프랑스의 수학자 파스칼에서 이름을 따온 것이다.
19세기에 영국의 수학자 배비지(Charles Babbage; 1792-1871)는 프로그램에 의해 자동적으로 연산을 하는 기계를 구성함으로써 오늘날과 같은 컴퓨터의 대략적인 개념을 세웠다고 볼 수 있다. 다만 배비지 스스로 그러한 기계를 완성하지는 못했다.
인류 최초의 컴퓨터는 무엇이었는지, 컴퓨터를 최초로 발명한 사람이 누구였는지는 아직도 논란이 되고 있는 어려운 문제이다. 예전까지 최초의 컴퓨터로 꼽혀온 것은 1946년 2월에 공개되었던 것은 에니악(ENIAC; Electronic Numerical Integrator and Calculator)이다.
펜실베이니아 대학의 모클리(John W. Mauchly; 1907-1980)와 에커트(J. Presper Eckert; 1919-1995)가 군사적 목적으로 개발한 전자계산기 에니악은 무게가 30톤이 나가는 거대한 덩치에 1만 7천여 개의 진공관을 달고 있었다. 그로 인하여 소비전력도 엄청나서, 에니악을 켤 때마다 그 일대의 전등이 모두 희미해질 정도였다고 한다.
컴퓨터의 아버지라 불리는 폰 노이만(왼쪽)과 그가 제작한 컴퓨터 에드박(EDVAC). ⓒ Free Photo
컴퓨터의 아버지라 불리는 폰 노이만(왼쪽)과 그가 제작한 컴퓨터 에드박(EDVAC). ⓒ Free Photo
컴퓨터의 발명에 가장 큰 공헌을 한 인물로 꼽히는 사람은 폰 노이만(John von Neumann; 1903-1957)이다. 그는 인간의 두뇌와 신경구조를 연구하여 컴퓨터의 구조와 접목시켰고, 연산장치, 중앙제어장치, 기억장치, 입출력장치 등의 개념을 담은 컴퓨터에 관한 논문을 최초로 발표한 바 있다.
또한 그는 기억장치가 없었던 에니악의 결점을 보완하고 2진법을 채용한 컴퓨터 에드박(EDVAC; Electronic Discrete Variable Automatic Computer)을 1950년에 완성하여 ‘컴퓨터의 아버지’라 불리게 된다. 에드박은 수은지연회로에 의한 전용 기억장치와 1,024어의 기억용량을 지니고, 저장된 자료와 명령어에 의하여 연산을 실행할 수 있었다.
그러나 영국의 수학자 앨런 튜링(Alan Mathison Turing; 1912-1954)이 에니악보다 앞서서 컴퓨터에 관해 연구하였고, 비밀리에 컴퓨터와 비슷한 기계도 만들었음이 근래에 밝혀진 바 있다. 즉 그는 1937년 미국 유학 시절에 컴퓨터의 개념을 담은 ‘튜링머신’을 수학적으로 고안해내었고, 제2차 세계대전이 일어나자 영국 런던 근교에서 적군의 암호를 해독하는 극비 프로젝트에 참여했다고 한다. 그 과정에서 튜링은 진공관을 이용하여 콜로서스(Colossus)라 불리는 암호해독용 기계를 만들었는데, 1943년 12월에 가동되기 시작한 이 기계를 에니악보다 2년 먼저 나온 세계 최초의 연산컴퓨터로 보는 사람들이 많다.
비밀리에 암호해독기계 콜로서스를 발명한 수학자 앨런 튜링. ⓒ Free Photo
비밀리에 암호해독기계 콜로서스를 발명한 수학자 앨런 튜링. ⓒ Free Photo
최초의 상업용 컴퓨터는 1951년에 완성된 스페리 랜드사의 UNIVAC-I(universal automatic computer)이다. UNIVAC-I은 주기억용량이 2,000단어 정도로, 수은지연회로로 된 기억장치와 자기테이프로 된 입출력장치를 지니고 있었다.
진공관을 채용한 초기의 덩치 큰 컴퓨터들을 제1세대 컴퓨터라도 본다면, 트랜지스터와 다이오드 등 반도체 소자를 채용하여 부피를 크게 줄인 제2세대 컴퓨터가 1957년경부터 등장하였다.
전기전자공학과 관련 기술의 발전과 더불어 컴퓨터 역시 이후로도 급속한 발전과 변모를 거듭해서, 1960년대 중반 이후로 집적회로(IC) 및 고밀도집적회로(LSI, VLSI)를 채용한 컴퓨터가 속속 개발되어 소형화 뿐 아니라 연산, 처리속도도 비약적으로 증가하게 되었다. 이를 토대로 하여 과학기술 계산을 초고속으로 처리하는 벡터계산 전용 프로세서를 갖춘 초고속 컴퓨터인 슈퍼컴퓨터(Super computer)가 1970년대 이후 선보이게 되었다.
향후에는 양자역학의 원리에 따라 큐비트(Qbit)라 불리는 양자비트 하나로 0과 1의 두 상태를 동시에 표시할 수 있어, 병렬처리가 가능한 양자컴퓨터(Quantum computer)가 차세대 컴퓨터로서 등장할 것으로 기대된다. 이러한 미래형 컴퓨터가 실용화된다면 기존의 방식으로 해결할 수 없었던 다양한 문제들을 풀 수 있게 될 뿐 아니라, 디지털 변화의 거대한 물결을 다시 한 번 몰고 올 것이다.
ScienceTimes

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