[CS/컴퓨터 구조] 계전기와 삼극 진공관, 트랜지스터
본문에 첨부하는 내용과 이미지의 상당 부분은 유튜브 CrashCourse의 컴퓨터 과학 특강을 참고하였음을 밝힙니다.
컴퓨터(computer)의 어원은 '계산을 하는 사람 혹은 직업'이라고 한다. 1강에서 짚어주는 역사의 흐름은 기술 발전 속도에 새삼 경외심을 느끼게 되는 흥미로운 내용이었다. 나처럼 현대의 컴퓨터를 사용하는 사람들은 복잡한 컴퓨터의 구조나 원리를 이해하지 않아도 되지만, 내가 앞으로 계속해서 사용하며 살아가게 될 이 도구이자 친구와 좀 더 친해져보기 위해 CrashCourse의 내용들을 공부하며 정리해본다.
컴퓨터에서 정보를 저장하고, 업데이트 하는 기본 원리는 전류가 흐르는지 흐르지 않는지 여부를 통해 0과 1을 표현하는 것이다. 가장 먼저 이것이 가능했던 것은 계전기를 통해서였다고 한다.
1) 계전기(Mechanical Relay)
위와 같은 구조에서 전자기력을 이용, control wire에 전기가 흐르면 떨어진 부분이 전자기력으로 인해 당겨져 연결되고 전기를 끊으면 다시 떨어지는 방법을 이용했다. 마치 수도꼭지와 같이 작동하는데, 1940년대의 성능이 좋은 계전기는 1초에 50번 왔다갔다 움직일 수 있었다고 한다. 꽤 빠르지 않나 생각했었는데, 약 3500개의 계전기를 가졌던 Havard Mark 1의 경우 초당 3개의 덧셈 혹은 뺄셈, 6초에 곱셈, 15초에 나눗셈을 할 수 있었으며 보다 복잡한 삼각함수와 같은 연산은 1분이 넘게 걸렸다고 한다. 느린 속도 뿐 아니라 지속적인 움직임으로 마모가 발생해 계전기의 수명이 10년이어도 매일 평균 1개를 바꾸어주어야 하고, 기계 장치의 열 때문에 벌레를 끌어들이는 등의 문제가 있었다. '버그'라는 말이 실제 'bug'가 기계 안에서 발견돼서 일 줄이야..
2) 삼극 진공관(Triode Vacuun tube)
이극 진공관에 그리드를 추가한 것으로, 그리드에 양전하를 주면 전류가 흐르고 음전하를 주면 전류가 흐르지 않도록 할 수 있다. 위 계전기와 달리 직접 움직이는 부분이 없어 마모가 적고, 1초에 수천번의 전환을 할 수 있는 장점이 있어 발명된 1900년대 초부터 약 반 세기 동안 라디오, 전화 등의 기반이 되었다고 한다. 1940년대에 들어서서야 비용이 상대적으로 저렴해지면서 컴퓨터에 활용되기도 했다. 컴퓨터의 시초는 앨런 튜링이 만든 기계로 알고 있었는데, 그보다 2년 후에 만들어진 Colossus Mark 1이라는 기계가 1600개의 삼극 진공관을 가진, 최초의 전자 컴퓨터로 여겨진다고 한다.
3) 트랜지스터(Transistor)
빌 게이츠는 “타임머신이 발명된다면 가장 가 보고 싶은 과거”로 트랜지스터가 개발된 순간을 꼽기도 했단다. 원리를 다 이해하려면 너무 어렵겠지만, 결국 핵심은 반도체를 이용해 아주 빠르게 전류를 흐르게 했다가(1) 흐르지 않게(0) 할 수 있는 스위치 기능을 하는 작지만 고체 상태의 고형물질(solid state component)의 무언가라는 것이다. 가장 초창기 개발된 트랜지스터가 초당 1만번에 스위칭이 가능했고, 삼극진공관에 비해 작고 튼튼하여 더 작은 컴퓨터가 탄생할 수 있게 되었다. 트랜지스터가 들어간 최초의 컴퓨터는 1957년 IBM 608이라고 한다. 3000개의 트랜지스터를 이용해 초당 4500회의 덧셈과 80개의 곱셈 혹으 나눗셈을 할 수 있었다고 하니, 비약적인 발전임이 분명하다. 현대에는 50만 나노미터 두께의 트랜지스터를 사용한다고 하니, 감히 상상하기도 어려운 수준이다.
