컴퓨터, 컴퓨터과학 컴퓨터시스템

 

컴퓨터

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프로그램이 가능한 자료 처리기 [ Programmable data processor]

 

컴퓨터가 자료를 어떻게 처리할 지를 알려주는 일련의 명령어 집합

프로그래밍 과정의 결과물

1. 주어진 문제의 해결 방법과 절차("알고리즘 Algorithem")을 찾고,
2. 이것을 적절한 프로그래밍 언어를 사용해서 컴퓨터가 이해할수 있는 형태로 표현한것.

처리 가능한 작업 유형과 연산의 집합을 결정하는 역할

• 컴퓨터 : 특수한 목적의 작업을 처리하는 기계가 아니라, 다양한 형태의 작업을 수행할수 있는 범용의 기계

 

컴퓨터의 장점

1. 신속한 자료처리 - ms , us ns ps
2. 계산 결과의 정확성 -  유효한 입력과 프로그램이 주어지면, 항상 정확한 결과생성
3. 자동 -  사람의 개입이 불필요 -> 프로그램의 지시에 따라 자동적으로 처리
4. 대용량 - 여러 저장장치를 이용해서 많은 데이터를 저장/처리

컴퓨터의 역사

~1930년대 이전  (현대적 의미의 컴퓨터와는 다소 거리가 있음)

• 기계식 계산 장치

  • Pascaline , 17C 파스칼, 덧셈 / 뺄셈이 가능한 첫 번째 기계신 계산기
  • Leibnitz's Wheel, 17C 후반 라이프 니츠, 사칙 연산 수행
  • Jacquard loom, 19C 자카르, 기억장치와 프로그래밍 개녕음 사용한 첫번째 기계 -> 방직 기계 제어
  • Difference Engine , 1823 베비지, 산술 연산 및 다항식 계산
  • Punch card reader, 1890 홀러리스 , 천공카드를 다루는 기계 -> 인구 조사

• 1930~ 1950 년대 -> 초기 전자식 컴퓨터

  • ABC , 1940 아타나 소프 & 베리, 최초의 특수 목적(선형 방정식)
  • Mark I , 1944 에이큰, 미 해군과 IBM 지원 하에 하버드 대학에서 개발
  • Colossus, 1944 앨런 튜링, 독일 암호기(Enigma) 해독

앨런튜링의 튜링 기계 : 컴퓨터의 이론적인 모델

 

1. ENIAC , Electronic Numerical Integrator And Calculator : 1946 모클리 & 에커드 , 최초의 완전 전자식의 범용 컴퓨터

특징 : 메모리에 프로그램이 저장되지 않고 데이터만 저장 -> 외부에서 프로그램되는 방식 (펀치카드, 외부의 프로그래밍으로 동작).

1. EDVAC, Electronic Discrete Variable Automatic Computer : 1950, 폰노이만의 개념 "Stored-Program" 기반을 둔 최초의 컴퓨터

특징 : 메모리에 프로그램이 저장되는 형식

컴퓨터 기술의 세대별 분류

1세대	2세대	3세대	4세대	5세대
1950~1959	1959~1965	1965~1975	1975~1985	1985~현재
진공관 상업적 컴퓨터 등장 제한된 접근 및 사용	트랜지스터 FORTRAN과 COBOL 등장	집적회로(LSI) 미니컴퓨터 및 소프트웨어 패키지 등장 -> SW 산업 등장	초고밀도 집적 회로(VLSI) 마이크로 컴퓨터(Altair 8800, 1975)등장 컴퓨터 네트워크 출현	새로운 개념의 컴퓨터 등장 (랩톱, 팜톱, 웨어러블 컴퓨터, 광컴퓨터, DNA 컴퓨터 등)

 

컴퓨터의 분류

1. 컴퓨터의 사용목적  : 범용컴퓨터 , 전용컴퓨터

2. 자료 표현 방식 : 디지털컴퓨터, 아날로그 컴퓨터

3. 컴퓨터의 성능 : 슈퍼컴퓨터 , 대형컴퓨터 , 미니 컴퓨터 , 워크스테이션, 마이크로 컴퓨터

 

컴퓨터과학

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컴퓨터과학이란?

• 컴퓨터를 만들고, 프로그램을 작성하고, 컴퓨팅 도구를 효과적으로 사용하는 것 이상의 훨씬 더 많고 다양한 내용을 다루는 학문

         자료의 표현, 저장, 조작, 검색과 관련된 학문

• 자료의 획득(Acquisition, ) 표현(Represesntation), 처리 (Processing), 저장(Storage), 통신(Communication) , 접근(Access)을 위한 방법들의 실행 가능성, 구조화, 표현, 기계화에 관련된 내용을 다루는 분야

 

• 컴퓨터, 자료, 프로그램, 알고리즘에 대한 분야
  • 자료 - 자료구조, 파일처리, 데이터베이스 ···
  • 정보 - 컴퓨터시스템 , 디지털 논리회로, 컴퓨터 구조
  • 프로그램 - 운영체제, 컴파일러, 프로그래밍 언어, 정보통신, 컴퓨터 그래픽스 ··
  • 알고리즘 - 이산구조, 계산이론, 인공지능, 알고리즘, 오토마타 ···
• 알고리즘과 관련된 이슈를 다루는 학문 ( 컴퓨터과학)
  • 주어진 문제를 해결하기 위한 처리과정을 절차적으로 나열한 명령어들의 집합 
  • 알고리즘의 존재 여부 = "컴퓨터의 한계"   
• 문제의 부류 : 일반적인 기호조작기계에 대한 연구, 인간과 기계사이의 통신 수단 개발, 그리고 이러한 기계들의 응용에 관련된 분야
  • 컴퓨터시스템 : 자료처리를 위한 다양한 구조, 도식, 수단에 대한것
  • 컴퓨터 응용 : 자료처리 업무와 그 처리 절차, 그리고 그와 관련된 다양한 표현 방법에 관련된 것.

컴퓨터 과학의 특성

1. 비교적 짧은 역사, 엄청나게 빠른 변화
2. 다른 학문과의 밀접한 연관의 가짐 -> 폭 넓은 응용범위
   • 수학, 공학 심리학, 생물학, 언어학, 경영과학, 물리학, 철학 ···
3. 컴퓨터공학과 컴퓨터과학의 차이점.

컴퓨터공학	컴퓨터과학
가격대비 성능 특성이 좋은 컴퓨팅 엔진을 만들기 위해 하드웨어와 소프트웨어 요소의 조립에 중점	현재의 기술에 덜 의존적인 방식으로 주어진 문제에 대한 해결책의 효율성과 실현가능성에 보다 중점 -> 컴퓨터를 활용한 문제해결에 대한 학문

컴퓨터과학은 퍼즐을 푸는 것과 같다.

 

컴퓨터 시스템

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컴퓨터 시스템의 구성요소

1. 하드웨어 : 기계를 구성하고 있는 모든 물리적 기계장치 및 전자 장치

• 핵삼장치 : 폰노이만 모델에서 제시한 4개의 서브 시스템에 해당.
• 폰노이만 John von Neumann 모델
  • 컴퓨터의 내부 구조와 처리과정의 정의한 모델
  • 모든 컴퓨터는 폰노이만 구조를 기반으로 하고 있다.
• 중앙처리장치 (CPU : Central Processing Unit) :  제어장치(CU : Control Unit) + 산술 논리 연산장치 (ALU : Arithmetic and Logic Unit)
• 기억장치 -> 주기억장치, 보조기억장치
  • 처리할 데이터와 처리를 담당하는 프로그램이 저장되는 장소
• 산술 논리 연산 장치 (ALU)
  • 자료에 대한 산술 연산 과 논리 연산의 수행을 통해 직접적인 자료 처리가 이루어지는 장치
• 제어장치(CU : Control Unit)
  • 컴퓨터의 기억장치, ALU, 입출력 장치의 동작을 제어하는 장치
• 입력장치 (외부에서 컴퓨터로 입력받음 ) , 키보드 마우스 마이크 등
• 출력장치 (컴퓨터내부에 처리된 결과를 외부로 출력함) 모니터, 프린터, 스피커등

 

하드웨어 (폰노이만 모델의 주요개념)

1.  내장 프로그램(Stored-Program)
   • 실행될 프로그램은 메모리에 저장되어야 한다.
     • 초기 컴퓨터에서는 데이터만 메모리에 저장되고, 프로그램은 컴퓨터 외부에서 표현
   • 프로그램과 데이터는 동일한 형식으로 메모리에 표현된다
   • "비트패턴" : 나란히 비트가 나열된 형태
2.  프로그램은 명령어의 나열이다.
   • 미리정의된 유한개의 기본 명령의 조합으로 프로그램을 구성한다.
   • 메모리에서 한번에 한개씩 명령어를 가져와서 해석하고 실행한다.
   • 명령어의 재사용으로 인해 프로그래밍 작업이 간단해진다.

 

2. 소프트웨어

모든 프로그램을 총체적으로 표현하는 용어

• 컴퓨터가 자료를 어떻게 처리할 것인가를 규정하는 명령어들의 나열

• 컴퓨터가 이해할수 있도록 표현된 알고리즘

소프트웨어의 분류

시스템 소프트웨어 : 컴퓨터의 작업 관리와 특정 기능의 수행을 통해 컴퓨터의 전체적인 운영을 담당 -> 운영체제, 컴파일러 , 유틸리티 프로그램

응용소프트웨어 : 사용자가 요구하는 작업을 직접적으로 수행하는 프로그램 -> 워드프로세서, 데이터베이스 프로그램등.. 

 

3. 자료

• 모든 자료는 비트패턴  으로 표현
• 비트패턴 -> 이진 상태를 나타내는 비트인 0 과 1이 나열된 형태
  • 폰노이만 모델에서는 자료의 표현및 저장 형태에 대해서는 정의하고있지 않음
• 자료의 입출력을 위해서는 적절한 형태로의 변환이 필요

 

4. 사용자