컴퓨터 하드웨어 개발

현대 컴퓨터의 탄생과 발전 현대 컴퓨터가 출현하기 전, 컴퓨터의 발전은 기계식 컴퓨터, 전기 기계 컴퓨터, 초기 전자 컴퓨터의 세 단계를 거쳤습니다.

이미 17세기 초 유럽의 한 수학자 그룹이 숫자의 형태로 기본 연산을 수행하는 디지털 컴퓨터를 설계하고 제조하기 시작했습니다. 1642년 프랑스 수학자 파스칼은 시계와 유사한 기어 변속기를 사용하여 최초의 십진 덧셈기를 만들었습니다. 1678년 독일의 수학자 라이프니츠는 십진수의 곱셈과 나눗셈 연산을 더 많이 해결하는 컴퓨터를 만들었습니다.

영국 수학자 배비지는 1822년 차기관 모델을 만들면서 한 가지 아이디어를 제안했다. 산술 연산이 완료될 때마다 특정 연산 과정이 자동으로 완료되는 것으로 발전한다는 것이다. 1884년 배비지는 프로그램으로 제어되는 범용 분석 엔진을 설계했습니다. 이 분석 엔진은 프로그램으로 제어되는 컴퓨터의 프로토타입을 스케치했지만 당시의 기술 조건으로 인해 실현되지 않았습니다.

배비지의 사상이 제시된 이후 100년이 넘는 세월 동안 전자기학, 전기공학, 전자공학은 계속해서 괄목할 만한 발전을 거듭해 왔으며, 부품과 소자 면에서도 진공 다이오드와 진공 삼극관이 잇달아 발명됐다. ; 시스템에서는 기술적으로 무선전신, 텔레비전, 레이더가 차례로 발명되었습니다. 이러한 모든 성과는 현대 컴퓨터 개발을 위한 기술적, 물질적 조건을 마련했습니다.

동시에 그에 맞춰 수학과 물리학도 호황을 누리고 있습니다. 1930년대에는 물리학의 다양한 분야가 정량적 단계를 거치고 있었습니다. 다양한 물리적 과정을 설명하는 일부 수학 방정식은 고전적인 분석 방법으로는 풀기가 어려웠습니다. 그 결과 수치해석이 주목을 받게 되었고, 다양한 수치적분법, 수치미분법, 미분방정식의 수치해법 등이 개발되어 계산과정이 수많은 기본 연산으로 축소되어 현대 컴퓨터 수치해석의 초석을 마련하게 되었다. 알고리즘.

사회에서 고급 컴퓨팅 도구에 대한 긴급한 요구는 현대 컴퓨터 탄생의 근본적인 원동력입니다. 20세기 이후 다양한 과학 분야와 기술 학과에서 전산상의 어려움이 쌓여 학문의 지속적인 발전을 방해해 왔다. 특히 제2차 세계대전이 발발하기 전후 군사과학 및 기술에서는 고속 컴퓨팅 도구가 특히 시급하게 필요했습니다. 이 기간 동안 독일, 미국, 영국은 컴퓨터를 개발하고 있었고 거의 동시에 전자기계 컴퓨터와 전자 컴퓨터에 대한 연구를 시작했습니다.

전자 부품을 사용하여 컴퓨터를 제조한 최초의 기업은 독일의 주세페(Giuseppe)였습니다. 그가 1941년에 제작한 완전 자동 릴레이 컴퓨터 Z-3은 이미 부동 소수점 계산, 이진 연산, 디지털 저장 주소 명령 형식 등 현대 컴퓨터의 특성을 갖추고 있었습니다. 미국에서도 1940년부터 1947년까지 중계컴퓨터 MARK-1, MARK-2, Model-1, Model-5 등이 잇달아 만들어졌다. 그러나 릴레이의 스위칭 속도는 100분의 1초 정도이므로 컴퓨터의 컴퓨팅 속도를 크게 제한합니다.

전자컴퓨터의 개발 과정은 부품 제조에서 완성 기계로, 특수 기계에서 범용 기계로, '애드온 프로그램'에서 '저장 프로그램'으로 진화해 왔다. 1938년에 미국의 불가리아 학자 Atanasov가 처음으로 전자 컴퓨터의 컴퓨팅 구성 요소를 만들었습니다. 1943년 영국 외무성 통신부는 "자이언트(Giant)" 전자 컴퓨터를 만들었습니다. 이것은 제2차 세계 대전에서 사용된 특수 암호해독 기계였습니다.

1946년 2월 펜실베이니아 대학교 무어 칼리지에서 제작한 대규모 전자 수치 적분기 컴퓨터(ENIAC)는 원래 포병의 궤적 계산을 위해 특별히 사용되었던 것으로, 많은 개선을 거쳐 다양한 과학적인 작업을 수행할 수 있게 되었습니다. 일반 컴퓨터 컴퓨팅. 산술연산, 논리연산, 정보저장 등을 전자회로로 완벽하게 구현한 이 컴퓨터는 중계컴퓨터보다 1000배 빠른 속도로 동작할 수 있다. 이것은 종종 세계 최초의 전자 컴퓨터라고 불립니다. 그러나 이러한 종류의 컴퓨터 프로그램은 아직 외부에 있고 저장 용량이 너무 작으며 아직 현대 컴퓨터의 주요 특성을 완전히 갖추지 못했습니다.

새로운 획기적인 발전은 수학자 폰 노이만이 이끄는 디자인 팀에 의해 완성되었습니다. 1945년 3월에 그들은 새로운 저장 프로그램 범용 전자 컴퓨터 솔루션인 전자 이산 가변 자동 컴퓨터(EDVAC)를 발표했습니다. 그 후 1946년 6월 폰 노이만과 다른 사람들은 보다 완전한 설계 보고서인 "전자 컴퓨터 장치의 논리적 구조에 대한 예비 연구"를 제안했습니다. 같은 해 7월부터 8월까지 미국과 영국의 20개 이상의 기관 전문가를 대상으로 무어 칼리지에서 "전자 컴퓨터 설계의 이론과 기술"이라는 특별 과정을 강의하여 저장 장치의 설계 및 제조를 촉진했습니다. 프로그램 컴퓨터.

1949년 영국 케임브리지대학교 수학연구소가 전자이산순차자동컴퓨터(EDSAC) 생산에 앞장섰고, 미국은 1950년 동부표준자동컴퓨터(SFAC)를 생산했다. 이 시점에서 전자 컴퓨터 개발의 초기 단계가 끝나고 현대 컴퓨터 개발 기간이 시작되었습니다.

디지털 컴퓨터를 만들면서 또 다른 중요한 컴퓨팅 도구인 아날로그 컴퓨터도 개발되었습니다. 물리학자들이 자연의 법칙을 요약할 때 특정 과정을 설명하기 위해 수학 방정식을 사용하는 경우가 많습니다. 반대로 수학 방정식을 푸는 과정에서는 로그가 발명된 이후 이미 1620년에 만든 계산자 방법을 사용하기도 합니다. 곱셈을 합하면 나눗셈을 덧셈과 뺄셈으로 변환하여 계산합니다.

Maxwell은 적분(면적) 계산을 길이 측정으로 교묘하게 변환하고 1855년에 적분기를 만들었습니다.

19세기 수리물리학의 또 다른 주요 성과인 푸리에 분석은 시뮬레이터 개발을 촉진하는 데 직접적인 역할을 했습니다. 19세기 말과 20세기 초에는 푸리에 계수를 계산하는 다양한 분석 엔진과 미분방정식을 풀기 위한 미분 분석 엔진이 잇달아 생산됐다. 그러나 편미분방정식을 풀기 위해 미분해석기를 대중화하고, 일반적인 과학계산 문제를 시뮬레이터를 이용하여 풀려고 함에 따라 사람들은 시뮬레이터의 다양성과 정확성의 한계를 점차 깨닫고 디지털 컴퓨터에 주력하게 되었다.

전자식 디지털 컴퓨터가 등장한 이후에도 아날로그 컴퓨터는 계속해서 발전했고, 디지털 컴퓨터와 결합해 하이브리드 컴퓨터가 탄생했다. 시뮬레이터와 하이브리드 기계는 현대 컴퓨터의 특별한 변종, 즉 특정 분야에서 사용되는 효율적인 정보 처리 도구 또는 시뮬레이션 도구로 발전했습니다.

20세기 중반 이후 컴퓨터는 급속한 발전을 거듭해 왔으며, 하드웨어만으로 이루어진 것에서 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어라는 세 가지 하위 시스템을 포함하는 컴퓨터 시스템으로 발전해 왔습니다. 컴퓨터 시스템의 성능-가격 비율은 10년마다 평균 2배씩 향상됩니다. 컴퓨터의 종류도 계속해서 분화되어 마이크로컴퓨터, 미니컴퓨터, 범용 컴퓨터(대형, 대형, 중형 컴퓨터 포함), 각종 특수 목적 컴퓨터(각종 제어 컴퓨터, 아날로그-디지털 컴퓨터 등)로 발전해 왔다. 하이브리드 컴퓨터) 등

컴퓨터 장치는 전자관에서 트랜지스터로, 그리고 개별 부품에서 집적 회로, 심지어 마이크로프로세서로 진화하여 컴퓨터 개발에 세 번의 도약을 촉발했습니다.

튜브 컴퓨터 시대(1946~1959)에는 컴퓨터가 주로 과학적 계산에 사용됐다. 메인메모리는 컴퓨터의 기술적 면모를 결정짓는 주요 요소이다. 당시 주 기억장치에는 수은지연선메모리, 음극선오실로스코프관 정전메모리, 자기드럼, 자기코어메모리 등의 종류가 있었고 이에 따라 컴퓨터를 분류하는 경우가 많았다.

트랜지스터 컴퓨터 시대(1959~1964)에는 자기 코어 메모리가 주 기억 장치로, 자기 드럼과 디스크가 주 보조 기억 장치로 사용되기 시작했다. 과학적인 계산을 위한 컴퓨터가 계속 발전했을 뿐만 아니라, 중소형 컴퓨터, 특히 값싸고 작은 데이터 처리용 컴퓨터가 대량생산되기 시작했습니다.

1964년 집적회로 컴퓨터의 발전과 함께 컴퓨터도 제품군 개발기에 들어섰다. 반도체 메모리는 점차 자기 코어 메모리의 주 메모리 지위를 대체했고, 디스크는 필수 보조 메모리가 되었으며, 가상 저장 기술이 널리 사용되기 시작했습니다. 다양한 반도체 읽기 전용 메모리와 재기록 가능한 읽기 전용 메모리의 급속한 발전과 마이크로 프로그래밍 기술의 개발 및 적용으로 인해 펌웨어 하위 시스템이 컴퓨터 시스템에 나타나기 시작했습니다.

1970년대 이후 컴퓨터 집적회로의 집적도는 중소규모에서 대규모, 초대형 수준으로 급격하게 발전하면서 역사적인 순간에 마이크로프로세서와 마이크로컴퓨터가 등장했고, 그 성능도 눈에 띄게 발전했다. 다양한 유형의 컴퓨터가 빠르게 향상되었습니다. 워드 길이가 4비트, 8비트, 16비트, 32비트, 64비트인 마이크로컴퓨터의 출현과 보급으로 인해 소형 컴퓨터, 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터에 대한 수요도 그에 따라 증가했습니다. .

마이크로컴퓨터가 사회에 널리 보급된 이후 ​​사무실 건물, 학교, 창고에는 수십 대, 심지어 수백 대의 컴퓨터가 있는 경우가 많다. 상호 연결을 실현하는 로컬 네트워크가 갑자기 등장하여 중앙 집중식 시스템에서 분산 시스템으로 컴퓨터 응용 시스템의 개발이 더욱 촉진되었습니다.

튜브 컴퓨터 시대에는 일부 컴퓨터에 어셈블리 언어와 서브루틴 라이브러리가 탑재되면서 과학 컴퓨팅을 위한 고급 언어인 FORTRAN이 등장하기 시작했다. 트랜지스터 컴퓨터 단계에서는 트랜잭션 처리를 위한 COBOL, 과학용 컴퓨터를 위한 ALGOL, 기호 처리를 위한 LISP 등 고급 언어가 실용 단계에 진입하기 시작했습니다. 운영 체제가 구체화되면서 컴퓨터를 사용하는 방식이 수동 작업에서 자동 작업 관리로 바뀌었습니다.

집적회로 컴퓨터의 개발기에 접어들면서 컴퓨터에는 상당한 규모의 소프트웨어 하위 시스템이 형성되었고, 고급 언어의 종류도 더욱 많아졌으며, 운영체제도 점점 완벽해졌고, 일괄 처리, 시분할 처리, 실시간 처리 등의 기능을 갖추고 있습니다. 데이터베이스 관리 시스템, 통신 처리 프로그램, 네트워크 소프트웨어 등도 소프트웨어 하위 시스템에 지속적으로 추가됩니다. 소프트웨어 하위 시스템의 기능은 지속적으로 향상되어 컴퓨터의 사용 특성이 크게 바뀌고 사용 효율성이 크게 향상됩니다.

현대 컴퓨터에서 주변 장치의 가치는 일반적으로 컴퓨터 하드웨어 하위 시스템의 절반 이상을 초과하며, 그 기술 수준이 컴퓨터의 기술적 외관을 상당 부분 결정합니다. 주변기기 기술은 전자, 기계, 광학, 자기 등 여러 분야의 지식 통합뿐만 아니라 정밀 기계 기술, 전기 및 전자 처리 기술, 측정 기술 및 프로세스 수준에 의존하는 매우 포괄적인 기술입니다. .

주변기기에는 보조 기억장치와 입출력 장치라는 두 가지 범주가 있습니다. 보조 기억 장치에는 디스크, 드럼, 테이프, 레이저 메모리, 대용량 기억 장치, 마이크로 메모리 등이 포함됩니다. 입출력 장치는 다시 입력, 출력, 변환, 모드 정보 처리 장비 및 단말 장비로 구분됩니다. 이러한 다양한 유형의 장비 중에서 컴퓨터 기술에 가장 큰 영향을 미치는 장비는 디스크, 단말 장비, 모드 정보 처리 장비 및 변환 장비입니다.

신세대 컴퓨터는 정보 수집, 저장, 처리, 통신, 인공지능이 결합된 지능형 컴퓨터 시스템이다. 일반적인 정보처리를 수행할 수 있을 뿐만 아니라 지식처리를 지향할 수 있으며 형식적 추론, 연상, 학습, 설명의 능력을 갖추고 있어 인간이 미지의 분야를 탐구하고 새로운 지식을 습득하도록 도울 것이다.