컴퓨터의 역사 (2) - 아날로그 컴퓨터

첫 번째 컴퓨터

영국의 기계공학자이자 폴리매스(polymath)인 찰스 배비지(Charles Babbage)는 프로그래밍이 가능한 컴퓨터라는 개념을 창시했습니다. "컴퓨터의 아버지"로 여겨지는 그는 19세기 초에 기계식 컴퓨터를 개념화하고 발명했습니다.

그의 차분 엔진을 연구한 후, 그는 1822년 왕립천문학회에 보내는 "천문학 및 수학적 표 계산에 기계의 적용에 관한 주"라는 제목의 논문에서 그의 발명품을 발표했습니다. 또한 이는 항해 계산을 돕기 위해 설계되었고, 1833년 그는 훨씬 더 일반적인 디자인인 해석적인 엔진이 가능하다는 것을 깨달았습니다. 프로그램과 데이터의 입력은 펀칭된 카드를 통해 기계에 제공되어야 했는데, 이는 당시 자카드 직기와 같은 기계 직기를 지시하기 위해 사용되었던 방법입니다. 출력을 위해, 기계에는 프린터, 곡선 플로터 및 벨이 있을 것입니다. 이 기계는 또한 나중에 읽을 카드에 숫자를 펀치할 수 있을 것입니다. 엔진은 산술 논리 장치, 조건부 분기 및 루프 형태의 흐름 제어, 통합 메모리를 통합하여 현대 용어로 튜링-완전이라고 묘사될 수 있는 범용 컴퓨터를 위한 최초의 디자인이 되었습니다.

 

그 기계는 그것의 시대보다 약 1세기 앞서 있었습니다. 그의 기계를 위한 모든 부품들은 손으로 만들어져야만 했습니다. 이것은 수천 개의 부품을 가진 기기의 주요한 문제였습니다. 결국, 그 프로젝트는 자금 지원을 중단하는 영국 정부의 결정으로 해체되었습니다. 점점 더 정교한 컴퓨터를 개발하고 그 누구도 따라갈 수 없는 것보다 더 빨리 앞으로 나아가려는 그의 열망뿐만 아니라 정치적, 재정적인 어려움에 주로 기인할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 그의 아들 헨리 배비지는 1888년에 분석 엔진의 계산 유닛의 단순화된 버전을 완성했습니다. 그는 1906년에 계산대에서 그것의 사용에 대한 성공적인 시연을 했습니다.

 

전기기계계산기

 

1914년에 발표된 그의 작품 자동화 에세이에서 레오나르도 토레스 케베도는 기계적 차이 엔진과 해석 엔진을 만들기 위한 배비지의 노력에 대한 간략한 역사를 썼습니다. 그는 해석 엔진을 기계의 잠재적인 힘에 대한 그의 이론을 예시하는 것으로 묘사했고, 그러한 엔진을 설계하는 문제를 전기기계 장치 발명가로서의 그의 기술에 도전으로 받아들였습니다. 이 논문은 관련된 변수들의 일련의 값들에 대해 완전히 자동적으로 a^{x}(y-z)^{2} 공식의 값을 계산할 수 있는 기계의 설계를 포함하고 있습니다. 전체 기계는 조건부 분기에 대한 조항이 완비된 읽기 전용 프로그램에 의해 제어되어야 했습니다. 그는 또한 부동 소수점 산술의 아이디어도 소개했습니다. 1920년, 산술계 발명 100주년을 기념하기 위해 토레스는 파리에서 전기기계 산술계를 발표했는데, 이는 명령을 입력하고 결과를 자동으로 출력할 수 있는 (아마도 원격인) 타자기에 연결된 산술 단위로 구성되어 전기기계 분석 엔진의 실현 가능성을 보여주었습니다.

 

아날로그 컴퓨터

20세기 전반에 걸쳐, 문제의 직접적인 기계적 또는 전기적 모델을 계산의 기초로 사용했던 점점 더 정교한 아날로그 컴퓨터들에 의해 많은 과학적인 컴퓨팅 요구들이 충족되었습니다. 그러나, 이것들은 프로그래밍할 수 없었고 일반적으로 현대 디지털 컴퓨터의 범용성과 정확성이 부족했습니다. 최초의 현대 아날로그 컴퓨터는 1872년 윌리엄 톰슨 경(훗날 켈빈 경)에 의해 발명된 조수 예측 기계였습니다. 휠 앤 디스크 메커니즘을 사용하여 적분하여 미분 방정식을 해결하도록 설계된 기계적인 아날로그 컴퓨터인 미분 분석기는 더 유명한 윌리엄 톰슨 경의 형인 제임스 톰슨에 의해 1876년에 개념화되었습니다.

기계적 아날로그 컴퓨팅의 기술은 1927년부터 MIT에서 H. L. Hazen과 Vannevar Bush에 의해 만들어진 차동 분석기로 절정에 이르렀습니다. 이것은 James Thomson의 기계적 적분기와 H. W. Nieman에 의해 발명된 토크 증폭기에 기초하여 만들어졌습니다. 이 장치들 중 12개는 노후화가 명백해지기 전에 만들어졌습니다. 1950년대까지, 디지털 전자 컴퓨터의 성공은 대부분의 아날로그 컴퓨팅 기계의 종말을 의미했지만, 아날로그 컴퓨터는 1950년대 동안 교육 (슬라이드 규칙)과 항공기 (제어 시스템)와 같은 일부 전문화된 응용 분야에서 여전히 사용되고 있습니다.

 

 

디지털 컴퓨터

[1] 전기기계학

1938년에 이르러 미국 해군은 잠수함에 탑재할 수 있을 정도로 소형의 전기기계식 아날로그 컴퓨터를 개발했습니다. 이것이 바로 '어뢰 데이터 컴퓨터'로 삼각법을 이용해 움직이는 목표물을 향해 어뢰를 발사하는 문제를 해결했습니다. 제2차 세계대전 중에는 다른 나라에서도 비슷한 장치가 개발되었습니다.

 

초기의 디지털 컴퓨터는 전기 기계식이었습니다; 전기 스위치는 계산을 수행하기 위해 기계식 릴레이를 구동했습니다. 이 장치들은 작동 속도가 낮았고 결국 원래 진공관을 사용하던 훨씬 더 빠른 모든 전기 컴퓨터로 대체되었습니다. 1939년 베를린에서 독일 엔지니어 Konrad Zuse에 의해 만들어진 Z2는 전기 기계식 릴레이 컴퓨터의 초기 예들 중 하나였습니다.

 

1941년, Zuse는 그의 초기 기계를 따라 Z3를 탑재하였는데, 이는 세계 최초의 작동하는 전기 기계 프로그램 가능한 완전 자동 디지털 컴퓨터입니다. Z3는 2000개의 릴레이로 제작되었으며, 약 5-10Hz의 클럭 주파수에서 작동하는 22비트 워드 길이를 구현했습니다. 프로그램 코드는 펀칭된 필름에 공급되었으며, 데이터는 64단어의 메모리로 저장되거나 키보드에서 공급될 수 있었습니다. 부동 소수점 숫자와 같은 수많은 발전을 개척하며, 그것은 어떤 면에서는 현대의 기계와 상당히 유사했습니다. (Charles Babbage의 초기 디자인에 사용되었던) 구현하기 어려운 십진법보다 이진법을 사용하는 것은 Zuse의 기계가 더 쉽게 만들 수 있고, 잠재적으로 그 당시 사용 가능한 기술을 고려할 때 더 신뢰할 수 있다는 것을 의미했습니다. Z3는 그 자체로 보편적인 컴퓨터가 아니라 튜링 완전하도록 확장될 수 있습니다.

Zuse의 다음 컴퓨터인 Z4는 세계 최초의 상용 컴퓨터가 되었고, 제2차 세계 대전으로 인해 초기에 지연된 후 1950년에 완성되어 ETH 취리히에 전달되었습니다. 이 컴퓨터는 1941년 베를린에서 컴퓨터 개발만을 목적으로 설립된 Zuse의 자체 회사인 Zuse KG에 의해 제조되었습니다.