2장. 전자 회로의 조합 논리_ 디지털 컴퓨터의 사례

■ 디지털 컴퓨터의 사례

ㅇ 안티키테라(Antikythera Mechanism)

 : 1901년, Αντικυθηρα섬 앞바다에서 발견된 장치로 처음에는 시계의 일종이라고 여겨졌다.

 그러나 학자들의 오랜 연구로 이것은 단순한 시계가 아니라 태양과 달을 비롯한 태양계 행성(수성, 금성, 화성, 목성, 토성)들의 움직임, 일식과 월식의 예측까지 가능했던 것으로 밝혀졌으며, 이는 고대 그리스 천문학이 총망라된 계산기라고 볼 수 있다.

        (좌) 발굴 당시 모습 / (우) 재현된 모습

 

ㅇ ABC(Atanasoff-Berry Computer)

 : 1937년~1942년, 이진연산능력과 논리회로를 갖춘 진공관 컴퓨터가 만들어졌다. ABC는 약 280개의 진공관으로 이루어진 논리회로와 입력장치인 천공카드 판독기, 이진 bit 를 저장하기 위한 자기드럼 메모리로 구성되어 있다. 또한 전자공학, 재생식 메모리, 논리작용에 의한 계산, 이진수 체계 등 오늘날의 컴퓨터가 가지고 있는 4가지의 기본 개념을 구현한 최초의 전자식 디지털 컴퓨터이다.

 

Iowa State 대학에 있는 ABC의 모형

 

■ 아날로그와 디지털의 차이

ㅇ 아날로그 컴퓨터

 - 디지털 컴퓨터와는 다르게 특수 업무용인 경우가 많다. 

 - 시뮬레이션이나 미적분에 주로 사용된다.

 - 온도나 전압과 같이 연속적으로 변화하는 물리적인 데이터를 입력하여

   연산되도록 하는 작동 방식이다.

 - 입력과 출력이 연속적이다(하단 '아날로그 신호' 이미지 참조).

 - 정보의 처리 속도가 빠르다.

ㅇ 디지털 컴퓨터

 - 코드화된 숫자나 문자를 처리한다(이산적. 하단 '디지털 신호' 이미지 참조).

 - 다양한 데이터를 상황에 맞추어 작성한 프로그램에 의해 처리한다.

 - 정확하지만 느리다.

 - 범용적이다(현재 우리가 사용하는 개인용 컴퓨터가 이에 해당)

 

 

■ 하드웨어에서 크기가 중요한 이유

 - 오늘날 컴퓨터의 클럭 속도는 4GHz이며, 이것은 1초에 40억 가지 계산을 처리할 수 있다는 의미이며 이것은 40억 분의 1초 동안 전자가 이동할 수 있는 거리는 75mm이다. 결국 하드웨어를 작게 만든다면, 전력 소모와 열 발생 감소라는 효율을 얻을 수 있다.

 

■ 디지털을 사용하면 더 안정적인 장치를 만들 수 있다

 - 그러나 하드웨어를 작게 만든다면 속도와 효율은 좋아질 수 있지만, '누화 효과'라는 치명적인 단점이 있다. 따라서 이에 대한 영향을 적게 받을 수 있도록 특정한 판정 기준을 통해 잡음 내성을 갖도록 디지털 회로를 활용하는 것이 필수적이다.

*누화 효과 : 하나의 회로나 전송 시스템의 채널에 전송된 신호가 다른 채널에 의도하지 않은 효력을 발생시키는 것. 

                (일상생활에서의 예. 다른 차선의 차가 지나갈 때 내가 지나가는 차선에 바람, 진동 등으로 영향을 미치는 것)

■ 10진 숫자 대신 비트를 사용하는 이유

 - 하드웨어에서 비트가 숫자보다 더 좋은 이유는 숫자를 사용하면 전이 함수를 각기 다른 10가지 문턱값으로 구분할 수 있는 간단한 방법이 없기 때문이다. 불가능하지는 않지만 훨씬 복잡하고 비용도 많이 든다.

이러한 효율성에 대한 문제로 비트를 사용한다.

 

 

 

[참고자료]

1) Freeth, T., Higgon, D., Dacanalis, A. et al. A Model of the Cosmos in the ancient Greek Antikythera Mechanism. Sci

   Rep 11, 5821 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-84310-w

2) https://myblueday.tistory.com/349

3) https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=fatalbetray&logNo=50121369611