[CS 입문] 01. 컴퓨터의 역사

 

 

1. 반도체

컴퓨터의 핵심 부품인 반도체를 시작으로 우리는 컴퓨터에서 더 복잡한 계산을 할 수 있게 되었다.

 

1) 반도체란?

• 도체 : 전기가 흐르는 물질
  (ex) 구리, 철, 금, 물, 몸 - 전기 저항이 0에 수렴
• 부도체 : 전기가 흐르지 않는 물질
  (ex) 그릇, 세라믹[전선 주변 감는 것], 돌 - 전기 저항이 거의 무한대
• 반도체 : 조건에 따라 전기가 흐르는 물질
  (ex) 전압으로 도체 부도체를 왔다갔다 한다.
  • '논리소자'로 0과 1을 구분 지어 사용할 수 있게 된 것이다.
  • 2진법을 사용할 수 있는 요건을 만든 것이다.

 

 

2) 반도체 역사

1. 에디슨 효과 ( 발견 ) 

• 전구 발명 => 에디슨 효과 발견 ( 리처드슨 효과, 열전자 방출 )
  • 필라멘트가 뜨거워지면서 전자를 방출한다.
  • 전구의 필라멘트와 양극화된 금속판(플레이트)사이에 전류가 흐르는 현상(열전자 방출)을 발견하였고, 1883년 이를 에디슨 효과라고 이름 붙였다.
   

 

 

 

2. 진공관 - 1세대 부품

• 진공관 Vacuum tubes - 열전자 방출 효과로 만든 장치
• 내부가 진공인 유리관에 음극(cathode)과 양극(anode)의 두 전극이 있고, 두 극 사이의 전위차에 의해 두 극 사이에 전자가 이동하여 전류가 흐르도록 만든 전기 장치이다.
• 진공관 디이오드
  필라멘트가 (-)전극에 금속판이 (+)극에 연결 되어 있으면, 이 전자들은 (-)전하를 가지므로 전기력에 의해 금속판으로 끌려간다. 그러나 전극을 반대로 연결하면 금속판은 가열되지 않아 열전자를 방출하지 않으므로 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서 한 방향으로 전자가 흐르는 다이오드 역할을 하게 된다.

 

 

3. 트랜지스터 - 2세대 부품 ★

• 최초의 반도체
  • 인간은 탄소가 핵심 물질이라면, 컴퓨터는 트랜지스터가 핵심 물질이다.
• 트랜지스터 Transistor
  • 3개의 다리
    (1) 전기가 들어오는 부분, (2) 전기가 나가는 부분, (3) 전압 조절을 통해 전기를 제어하는 부분
• 진공관 보다 작게 만들 수 있고, 안전하다.
• [참고영상] 트렌지스터의 원리 : https://youtu.be/7ukDKVHnac4?t=137

다이오드 ( np ) ( - + )
2개 실리콘 - led

트랜지스터 ( npn ) ( - + - )
p에 전압을 주어서 켯다 끄는 것

1. 스위치 기능
   컴퓨터에서 중요한 기능이다.
   • 전기만 가지고 수 억개를 조정할 수 있다.
   • 2진법
   • 1bit - 1트랜지스터
2. 증폭 기능
   컴퓨터에서느 그닥 중요하지 않은 기능이다.

 

 

 

4. 집적 회로 - 3세대 부품 ★

트랜지스터, 다이오드, 저항, 캐패시터 등 복잡한 전자부품들을 정밀하게 만들어 작은 반도체 속에 하나의 전자회로로 구성해 집어 넣었다.

 

반도체를 하나씩 따로 따로 사용하지 않고 실리콘의 평면상에 몇 천개 몇 만개를 모아 차곡차곡 쌓아놓은 것이다. ‘모아서 쌓는다’ 즉, 집적한다고 하여 집적회로(IC)라는 이름이 붙게된 것이다.

 

수 많은 트랜지스터를 작게 모아서 구현한 것이라고 생각하면 이해하기 쉽다.

컴퓨터의 CPU는 대개 20억~400억 개의 트랜지스터를 포함한 집적 회로로 구성되어 있다. ( 2020년 기준 )

만약 집적 회로 없이 트랜지스터 100억개를 일반 회로(분리형 회로, discrete circuit)에 얹으려면 약 100 헥타르, 즉 1 km²의 면적의 회로 기판이 필요할 것이다.

 

 

 

3) 반도체 생산 과정

1. 모래
2. 규소 ( 실리콘 Slicon )
   열을 가해 불순물 제거하여 순수한 실리콘 용액을 만든다.
3. 고체 실리콘 ( 잉곳 )
   고체표면에 붙여서( 돌리면서 끌어올리기) 커다란 고체 실리콘을 만든다.
4. 실리콘 웨이퍼
   잘라서 실리콘 원판 만들기 ( 웨이퍼 한 장 당 수백 개의 반도체가 된다. )
5. 직접회로 생산 ( IC : Integrated Circuit )
   실리콘 원판을 가지고 회로 깔기 등 여러 단계를 최종적으로 우리가 아는 IC 칩이 완성된다.

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실로콘밸리

반도체에 이용되는 소자로 대표적인 소재로 실리콘을 사용한다. '실리콘벨리'도 실리콘 칩 제조 회사들이 많이 모여있었기 때문에 이와 같이 이름 붙여지게 된 것이다.

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[참고 동영상] [3분차이] 반도체란 무엇일까? | 반도체 제조공정 | 웨이퍼   
[참고 동영상] 반도체 실리콘 웨이퍼는 어떻게 만들어질까? - SK 실트론   
[참고 동영상] From Sand to Silicon: the Making of a Chip | Intel

 

 

 

 

2. 컴퓨터

1) 컴퓨터란?

명령어를 순서대로 수행하는 기계

( 그 명령어는 보통 숫자 계산이다. )

 

[ 특징 ]

1. 컴퓨터는 바보지만 피지컬 좋은 노동자다. ( 명령어의 중요성 )
2. 컴퓨터 속의 모든 정보는 '숫자'이며, 이것을 처리하는 하는 장치들은 하드웨어와 소프트웨어다.
   • 태생이 계산기다.
   • 더 복잡하고 정밀한 계산을 수행한다.

 

[ 구성 ]

• 하드웨어
• 소프트웨어
  • 시스템 소프트웨어 ( OS 등 )
  • 응용 소프트웨어

 

 

 

2) 컴퓨터 역사

1. 계산기
전쟁을 통해 미사일 각도를 계산하기 위해 탄생한 기계

 

 

2. 튜링머신

현대의 [폰 노이만 구조]로 된 컴퓨터는 모두 튜링 머신 이론에 바탕을 두고 있다. 따라서 튜링 머신은 현대의 모든 컴퓨터의 동작을 포함하는 큰 집합이다.

• 앨린 튜링이 제시한 컴퓨터 개념으로 알고리즘을 실행하는 추상적인 모델을 고안했다.

• 앞뒤로 가면서 연산을 수행하는 기계로 특정 지점을 수행한다.

• 프로그램 마다 실행할 때 종이를 갈아 끼우는 방식이다.
• ADD, SUB, MUL, DIV, JMP IP : InstructurePoint - 현재 실행 지점

 

 

3. 폰노이만 구조 탄생

내장형 프로그램 방식의 컴퓨터

• 연상 장치와 기억 장치는 분리되어 있다.
• 프로그램이 메모리에 있다.
  • IP만 바꿔서 사용하는 방식으로 여러 프로그램을 사용할 수 있게 되었다.
  • 따로 종이를 갈아 끼울 필요가 없다.

       => 현대 컴퓨터 구조 ( 많은 엔지니어들도 함께 투입되어 만들었다. )

 

 

 

4. [현대] 컴퓨터 탄생 ( 시스템 컨트롤 버스 )

• 컴퓨터의 구성요소를 서로 연결하고 데이터 전달을 위한 경로를 사용하고 있다.
• 주소 버스, 데이터 버스, 제어 버스로 구성되어 있다.

 

참고

오제이튜브	💻 컴퓨터의 실체	https://www.youtube.com/playlist?list=PLz--ENLG_8TNmXT0BY43eSLlFCcQDDqyA
홍정모	C언어[따배씨] 초반 부분	https://www.youtube.com/playlist?list=PLNfg4W25Tapyl6ahul_8VS_8Tx3_egcTI
종합	CS개론(입문 - 개론/메모리/보수/문자)	https://www.youtube.com/playlist?list=PLetkvXWioaD3eBJZrgBayT-SfUdV9SroK
뉴렉처	프로그래밍 학습 가이드 목록	https://www.youtube.com/playlist?list=PLq8wAnVUcTFVWq7BUX9kz1mdoeQKEcL9Q
뉴렉처	컴퓨터 프로그래밍을 하기 위한 사전지식	https://www.youtube.com/playlist?list=PLq8wAnVUcTFXna0fCAsElIj2qayRqvGjk
Tucker Programming	컴맹을 위한 Go 언어 기초 프로그래밍 기초 강좌 ( 1~6강 까지 )	https://www.youtube.com/playlist?list=PLy-g2fnSzUTAaDcLW7hpq0e8Jlt7Zfgd6
널널한 개발자	넓고 얕게 외워서 컴공 전공자 되기	https://www.inflearn.com/course/%EB%84%93%EA%B3%A0%EC%96%95%EA%B2%8C-%EC%BB%B4%EA%B3%B5-%EC%A0%84%EA%B3%B5%EC%9E%90/dashboard