컴퓨터 개발의 역사

1: 컴퓨터 언어의 아버지: 나이가드

컴퓨터 프로그래밍 언어의 선구자인 크리스티안 나이가드가 지난 10일 75세의 나이로 심장마비로 사망했다. Nygaard는 인터넷의 기반을 마련하는 데 도움을 주었고 컴퓨터 산업에 큰 공헌을 했습니다. 노르웨이 언론 보도에 따르면 니가에드는 지난 11일 노르웨이 수도 오슬로에서 사망했다.

Nyged는 오슬로 대학의 교수이며 Simula 프로그래밍 언어를 개발하고 MS-DOS와 인터넷의 기반을 마련한 것으로 국제적으로 유명합니다. Christian Nygaard는 1926년 오슬로에서 태어났습니다. 그는 1956년 오슬로 대학교에서 수학 석사 학위를 취득한 후 컴퓨터 컴퓨팅과 프로그래밍 연구에 전념해 왔습니다.

1961년부터 1967년까지 Nygaard는 노르웨이 컴퓨터 센터에서 근무하며 객체 지향 프로그래밍 언어 개발에 참여했습니다. 뛰어난 활약으로 인해 Nygaard와 그의 동료인 Orr Yoan Dahl은 2001년 2001 A에서 우승했습니다. 중. Turing Machine Award 및 기타 여러 상을 수상했습니다. 당시 Nygaard에게 상을 수여한 Computing Machinery Association은 그들의 작업이 Java 및 C++와 같은 프로그래밍 언어를 개인용 컴퓨터 및 홈 엔터테인먼트 장치에 광범위하게 적용할 수 있는 길을 열었다고 믿었습니다. 따라서 소프트웨어 시스템의 설계와 프로그래밍에 근본적인 변화가 있었고, 재사용 가능하고 안정적이며 업그레이드 가능한 소프트웨어가 탄생했습니다.

세기의 발견·튜링 기계에서 폰 노이만 기계까지

영국 과학자 Alan T. Turing은 1937년에 그의 유명한 논문 "On Computable Numbers Applied to Problem Solving"을 발표했습니다. 이 논문은 사고 원리 컴퓨터-Turing 기계의 개념을 제안하여 1945년에 Turing은 컴퓨터 이론의 발전을 촉진했습니다. 영국 국립 물리학 연구소 그리고 튜링은 1950년에 "컴퓨터가 생각할 수 있는가?"라는 제목의 논문을 발표하고 컴퓨터가 인간과 동일한 지능을 가지고 있는지 테스트하기 위해 고안했습니다. >Turing은 계산 가능한 기능을 정확하게 정의하기 위해 추상 컴퓨팅 모델을 제안했습니다. Turing 기계는 컨트롤러, 무한히 확장 가능한 벨트, 벨트에서 좌우로 움직이는 읽기/쓰기 헤드로 구성됩니다. 이러한 간단한 기계는 이론적으로 모든 것을 직관적으로 계산할 수 있습니다. 컴퓨터의 이론적 모델로서 튜링 기계는 컴퓨터와 계산 복잡도에 대한 연구에 널리 사용됩니다.

컴퓨터는 인간이 만든 정보 처리 도구입니다. 정보 처리를 위해 인간 두뇌를 대체하는 도구로서 컴퓨터는 인간 두뇌의 확장이라고 할 수 있습니다. 목적이 점점 복잡해지면서 전자계산기를 사용해도 상당한 양의 데이터와 복잡한 계산식이 필요하게 됐다. 이런 맥락에서 사람들은 세계 최초의 컴퓨터를 개발하기 시작했다. Colosas"는 1943년 영국에서 탄생했습니다. 당시 "Colosas" 컴퓨터의 개발은 독일의 "Lorenz" 암호화 기계로 암호화된 코드를 해독하는 것이었습니다. 이러한 코드를 다른 기계를 사용하여 해독하는 데는 6~8주가 걸렸습니다. 1944년 1월 10일, '콜로사스' 컴퓨터가 작동되기 시작한 이래로 독일군 고위급 군사기밀이 대거 등장했다. "콜로사스(Colosas)"는 미국의 ENIAC 컴퓨터보다 2년 이상 앞서 발명됐지만, 제2차 세계대전 당시 독일의 수많은 군사기밀을 해독했지만, 이후에는 비밀리에 파기됐다. 그래서 누구에게도 알려지지 않았다.

최초의 전자컴퓨터는 영국에서 탄생했지만, 영국은 컴퓨터가 가져온 기술혁명과 산업혁명의 기회를 놓치지 않았다. 국가는 이러한 역사적 기회를 포착하고 컴퓨터 기술과 산업의 발전을 장려하여 수많은 컴퓨터 산업 거대 기업이 미국의 종합적인 국력 발전을 크게 촉진했습니다. 1944년 미국 국방부는 마우클리(Mauchly)와 에커트(Eckert)를 중심으로 ENIAC 컴퓨터 연구그룹을 조직했다. 현대 컴퓨터의 창시자이자 당시 프린스턴 대학에서 근무하던 미국의 헝가리 수학자 폰 노이만(Von Neumann)도 영상 제작에 참여했다. 연구 작업. . 1946년에는 연구 작업이 성공하여 세계 최초의 전자 디지털 컴퓨터인 ENIAC이 탄생했습니다. 18,000개의 전자관으로 구성된 이 컴퓨터는 크기가 크고, 엄청난 전력을 소모하고, 기능의 제한이 있음에도 불구하고 인력과 시간을 절약하고 컴퓨터 과학기술의 새로운 시대를 열었습니다. 이것은 그것을 만든 과학자들조차 예상하지 못할 수도 있습니다.

초기 컴퓨터는 기능이 제한되어 있고 현대 컴퓨터와는 매우 달랐지만 이미 산술 장치, 컨트롤러, 메모리 등 현대 컴퓨터의 기본 부분을 갖추고 있었습니다.

계산기는 주판과 같아서 수치연산과 논리연산을 수행하고 계산 결과를 얻는 데 사용됩니다. 컨트롤러는 컴퓨터의 본부와 같으며 컴퓨터의 다양한 부분의 작업을 지시합니다. 컨트롤러의 명령은 일련의 제어 신호를 전송하여 수행됩니다.

컴퓨터 프로그램, 데이터, 작업 중에 생성된 중간 결과 및 최종 결과는 어딘가에 저장되어야 합니다. 이는 컴퓨터의 세 번째 구성 요소인 메모리입니다.

계산은 컴퓨터가 자동으로 수행하며, 자동계산의 기본은 컴퓨터에 저장된 프로그램이다. 현대 컴퓨터는 모두 폰 노이만 기계(von Neumann machine)라고도 불리는 저장 프로그램 컴퓨터입니다. 저장 프로그램의 개념이 폰 노이만(von Neumann)에 의해 제안되었기 때문입니다. 해결해야 할 문제에 대한 수학적 설명에 따라 사람들은 컴퓨터가 받아들일 수 있는 '언어'로 프로그램을 작성하고, 이를 입력받아 컴퓨터에 저장하면 컴퓨터가 자동으로 계산을 완료해 그 결과를 최고로 출력할 수 있다. 사람의 의도에 따라 속도를 조절합니다. 프로그램은 연산할 데이터, 연산 순서, 수행할 연산 등을 컴퓨터에 제공해야 합니다.

마이크로 전자공학 기술의 출현은 컴퓨터 발전에 새로운 기회를 제공했고, 컴퓨터의 소형화를 가능하게 했다. 마이크로 전자공학의 발전은 트랜지스터의 출현으로 거슬러 올라갑니다. 1947년 American Telegraph and Telephone Company의 Bell Labs의 세 명의 과학자 Bardeen, Brydon, Shockley가 최초의 트랜지스터를 만들어 전자관을 트랜지스터로 대체하는 시대를 열었습니다.

트랜지스터의 출현은 집적회로 도입의 서막이라고 할 수 있다. 트랜지스터가 출현한 후 일부 과학자들은 트랜지스터와 같은 실리콘 칩에 회로 부품과 연결부를 배치함으로써 회로의 소형화가 달성될 수 있다는 것을 발견했습니다. 그 결과, 트랜지스터 제조 산업이 10년 동안 발전한 끝에 1958년에 최초의 집적 회로가 등장했습니다.

마이크로 전자공학 기술의 발전과 집적회로의 출현은 먼저 컴퓨터 기술에 큰 변화를 가져왔다. 현대의 컴퓨터는 주로 연산장치와 컨트롤러를 결합한 마이크로프로세서(Microprocessor)로 컴퓨터의 심장인 마이크로프로세서(컴퓨터 칩)의 집약으로 인해 1970년대와 1980년대에 마이크로컴퓨터가 등장하여 급속한 발전을 이루게 된다. IBM PC 개인용 컴퓨터는 컴퓨터 대중화의 문을 열었고, 컴퓨터의 각계각층 활용을 촉진했습니다. 1950년대와 1960년대에는 비싸고 부피가 크며 엄청난 전력을 소비하는 컴퓨터는 오직 산업에서만 사용할 수 있었습니다. 몇 개의 대규모 군사 또는 과학 연구 시설이 있었지만 오늘날에는 대규모 집적 회로의 사용 덕분에 컴퓨터가 일반 사무실과 가정에 도입되었습니다.

집적회로의 수준을 가늠하는 지표 중 하나는 집적도, 즉 특정 크기의 칩에 몇 개의 트랜지스터를 만들 수 있는가 하는 점이다. 집적회로의 출현부터 오늘날까지. 불과 40년이 넘었지만 개발 속도는 놀랍습니다. 칩은 점점 더 작아지고 있으며 이는 생산과 생활에 큰 영향을 미칩니다. ENIAC 컴퓨터는 150평방미터의 면적을 차지하고 무게는 30톤에 달하며 수백 와트의 전력을 소비하며 오늘날의 고급 소형 계산기로 완료할 수 있는 계산을 완료할 수 있습니다. 이는 마이크로 전자공학 기술과 집적회로가 만들어낸 기적이다.

현황과 전망

미국 과학자들은 최근 30년 이상의 개발 끝에 컴퓨터 칩의 소형화가 한계에 이르렀다고 지적했다. 컴퓨터 기술의 추가 발전은 신소재, 새로운 트랜지스터 설계 방법 및 분자 수준 컴퓨팅 기술과 같은 신기술에만 의존할 수 있습니다.

30년 넘게 반도체 산업의 발전은 기본적으로 무어의 법칙을 따라왔다. 즉, 실리콘 칩에 탑재되는 트랜지스터의 수가 18개월마다 두 배로 늘어난다는 뜻이다. 칩 크기는 점점 작아지고, 포함된 트랜지스터의 수는 늘어나고, 에칭 선폭은 점점 작아지고 있습니다. 따라서 컴퓨터의 성능은 점점 더 높아지고, 가격도 점점 낮아지고 있습니다. 그러나 일부 사람들은 이러한 발전 추세가 최대 10~15년 동안만 지속될 수 있다고 제안합니다.

미국 최대의 칩 제조업체인 인텔사의 과학자인 폴 A. 파칸(Paul A. Parkan)은 최근 미국의 "사이언스" 잡지에 무어의 법칙(1965년에 제안된 제안)에 따라 반도체 성능이 향상될 것이라고 예측하는 기사를 썼습니다. 기하학적 비율 법칙에 따라 성장)은 향후 10년 동안 극복할 수 없는 장애물에 직면할 수 있습니다. 즉, 칩의 소형화가 한계에 접근하고 있습니다. 일부 과학자들이 "반도체 산업이 직면한 가장 큰 과제"라고 부르는 한계를 넘어서는 방법은 아직 발견되지 않았습니다.

가장 진보된 VLSI 칩 제조 기술로 구현할 수 있는 최소 선폭은 약 0.18미크론으로 머리카락 굵기의 5% 수준이다. 트랜지스터의 절연층 두께는 원자 4~5개에 불과합니다. 일본은 2000년 초부터 선폭이 0.13마이크론에 불과한 칩을 대량 생산하기 시작할 예정이다. 이러한 칩은 향후 2년 내에 널리 사용될 것으로 예상된다. 다음 단계는 선폭이 0.1 마이크론인 칩을 도입하는 것이다. 그렇게 작은 크기에서 트랜지스터는 100개 미만의 원자로 만들어질 수 있다고 Pakan은 말했습니다.

칩 선폭이 어느 정도 작으면 선들이 너무 가까워서 서로 간섭하기 쉽습니다. 그리고 라인을 통과하는 전류가 너무 약해서 전자가 수십 또는 심지어 몇 개 밖에 없다면 신호의 배경 잡음은 견딜 수 없을 정도로 커질 것입니다. 크기가 더 작아지면 양자 효과가 시작되어 전통적인 컴퓨터 이론이 완전히 무효화됩니다. 이 경우 과학자들은 반도체와 컴퓨터 산업이 기존 이론의 한계를 뛰어넘고 새로운 탈출구를 찾을 수 있도록 새로운 재료, 설계 방법, 심지어 컴퓨팅 이론까지 사용해야 합니다.

현재 컴퓨터 개발의 주류는 무엇인가?

RISC

RISC는 Reduced Instruction Set Computer의 영문 약어라는 것이 국내외 공통된 견해이다. 소위 명령어 시스템은 컴퓨터가 실행할 수 있는 작동 명령의 모음입니다. 프로그램은 궁극적으로 컴퓨터가 실행할 수 있는 일련의 명령이 됩니다.

컴퓨터에는 자체 명령 시스템이 있습니다. 컴퓨터는 로컬 명령 시스템의 명령을 인식하고 실행할 수 있습니다. 인식은 작업을 나타내는 이진 코드를 작업에 해당하는 제어 신호로 변환하여 필요한 작업을 수행하는 것을 의미합니다. 지침. . 일반적으로 컴퓨터의 명령 시스템은 상대적으로 풍부하고 기능도 상대적으로 강력합니다. RISC 시스템은 명령어 시스템을 간소화하고 시스템을 단순하게 만드는 데 목적이 있다. 명령어의 실행 시간을 줄이고 컴퓨터의 처리 속도를 높이는 것이다. 기존 컴퓨터는 일반적으로 한 번에 하나의 명령어를 가져오는 반면, RISC 시스템은 다중 실행 구조를 사용하여 동시에 여러 명령어를 실행합니다. 물론 이를 위해서는 칩에 추가 실행 장치가 필요합니다.

병렬 처리 기술

병렬 처리 기술은 컴퓨터 처리 속도를 향상시키는 중요한 방향이기도 합니다. 기존 컴퓨터에는 일반적으로 중앙 프로세서가 하나만 있고 중앙 프로세서에서 실행되는 작업은 하나의 프로그램, 프로그램의 실행은 순차적으로 이루어지며, 프로그램이 프로세서를 통해 반영하는 데이터도 순차적으로 나열되므로 직렬 실행 명령이라고 합니다. 병렬 처리 기술은 여러 프로세서에서 동시에 여러 관련 또는 독립 프로그램을 실행할 수 있습니다. 현재 병렬 처리 시스템에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 4개, 8개 또는 심지어 32개의 프로세서를 함께 사용하는 병렬 처리 시스템이고, 다른 하나는 100개 이상의 프로세서로 구성된 세트입니다. 처리 시스템. 이 두 시스템은 프로세서 수뿐만 아니라 내부 상호 연결 방식, 메모리 연결 방식, 운영 체제 지원 및 응용 분야도 다릅니다.

슈퍼컴퓨터가 일반 컴퓨터와는 다른 재료를 사용해 만들어지던 시절이 있었습니다. 최초의 Cray 1 컴퓨터는 구리 도금, 수냉식 회로 기판에 장착된 이상한 모양의 칩을 사용하여 손으로 제작되었습니다. Cray 2 컴퓨터는 "인공 혈액"으로 냉각된 액체 플루오로카본 욕조에서 거품이 일고 있어 더욱 이상해 보였습니다. 병렬 컴퓨팅 기술은 모든 것을 변화시켰습니다. 현재 세계에서 가장 빠른 컴퓨터는 미국의 '아시 레드(Asci Red)'다. 이 컴퓨터는 초당 2조1000억 번의 연산 속도를 갖고 있다. 슈퍼컴퓨터가 많이 사용한다는 점만 빼면 개인용 컴퓨터나 워크스테이션과 동일한 구성요소로 만들어졌다. 9,000개의 표준 펜티엄 칩이 탑재되어 있습니다. 현재 기술 동향을 고려할 때 한 가지 확실한 사실은 슈퍼컴퓨터와 다른 컴퓨터 간의 구분이 모호해지기 시작했다는 것입니다.

적어도 가까운 시일 내에 이러한 추세가 계속될 것은 분명합니다. 그렇다면 앞으로 어떤 기술이 컴퓨팅 환경을 뒤흔들고 차세대 슈퍼컴퓨팅 혁명을 촉발할 가능성이 있을까요?

이러한 기술에는 광자 컴퓨터, 생물학적 컴퓨터, 양자 컴퓨터 등 적어도 세 가지가 있습니다. 현실화될 가능성은 희박하지만 혁명적인 잠재력 때문에 조사해 볼 가치가 있습니다.

광자 컴퓨터

광자 컴퓨터는 이 세 가지 신기술 중에서 전통에 가장 가깝다고 할 수 있습니다. 이 기술은 특히 군사 신호 처리 분야에서 수십 년 동안 제한적으로 적용되었습니다.

광자 컴퓨팅 기술에서 빛은 전기뿐만 아니라 정보를 더 잘 전달할 수 있습니다. 광선은 전기보다 한 곳에서 다른 곳으로 정보를 더 잘 전송할 수 있습니다. 전화 회사는 광섬유 케이블을 사용하여 통신합니다. 장거리. 빛이 통신에 그토록 유용한 이유는 빛이 주변 환경과 상호 작용하지 않는다는 점인데, 이것이 전기와 다른 점입니다. 두 개의 빛줄기는 누구도 눈치 채지 못한 채 서로를 관통할 수 있습니다. 빛은 전자 신호보다 약 100배 빠르게 장거리를 이동하며, 광학 장치의 에너지 소비는 매우 낮습니다. 광자 컴퓨터는 오늘날의 슈퍼컴퓨터보다 1,000~10,000배 더 빠를 것으로 예상됩니다.

안타깝게도 전광자 컴퓨터 구축을 어렵게 만드는 것은 이러한 극단적인 독립성입니다. 계산 처리는 서로의 영향력을 활용해야 하기 때문입니다. 진정한 광자 컴퓨터를 만들려면 하나의 광선을 사용하여 다른 광선을 켜고 끌 수 있도록 광학 트랜지스터를 개발해야 합니다. 이러한 장치는 이미 존재하지만 적절한 성능 특성을 갖춘 광학 트랜지스터를 만들려면 재료 과학의 획기적인 발전이 필요합니다.

바이오컴퓨터

광자 컴퓨팅 기술에 비해 대규모 바이오 컴퓨팅 기술은 구현하기가 더 어렵지만 잠재력도 더 큽니다. 실시간 이미지 처리, 음성 인식, 논리적 추론을 수행할 수 있는 자몽 크기의 슈퍼컴퓨터를 상상해 보세요. 그러한 컴퓨터는 이미 존재합니다. 그것은 인간의 두뇌입니다. 1970년대부터 사람들은 생물학적 컴퓨터(분자컴퓨터라고도 함)를 연구하기 시작했습니다. 생명공학의 꾸준한 발전으로 우리는 뇌를 만드는 유전적 메커니즘을 이해하고 조작하기 시작할 것입니다.

생물학적 컴퓨터는 전자컴퓨터나 광학컴퓨터보다 성능이 더 좋을 것이다. 지금과 같은 속도로 기술이 발전한다면 10~20년 안에 슈퍼컴퓨터가 대거 등장할 수도 있습니다. 이것은 공상 과학 소설처럼 들릴지 모르지만 실제로 이 분야에 대한 실험이 있습니다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 위에 특별히 배열된 뉴런을 가진 "바이오칩"이 생산되었습니다.

다른 실험실에서는 연구자들이 플라스크에서 계산을 수행할 수 있도록 DNA의 단일 가닥을 인코딩하는 데 데이터를 사용했습니다.

이러한 바이오컴퓨팅 실험은 실용적이지는 않았지만 1958년 우리가 집적 회로에 대해 생각한 것은 그것이 전부였습니다.

양자 컴퓨터

양자 역학은 슈퍼컴퓨팅에 혁명을 일으킬 잠재력을 지닌 세 번째 기술입니다. 이 개념은 광컴컴퓨팅이나 바이오컴퓨팅의 개념보다 늦게 등장했지만 더 큰 혁명적 잠재력을 가지고 있습니다. 양자 컴퓨터는 양자역학의 반직관적 법칙을 활용하기 때문에 잠재적으로 전자 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 작동할 수 있습니다. 실제로 증가 속도에는 거의 제한이 없습니다. 약 5,000큐비트를 가진 양자 컴퓨터는 기존 슈퍼컴퓨터가 해결하는 데 100억년이 걸리는 소수 문제를 약 30초 만에 해결할 수 있습니다.

지금 이 겉보기에는 난해해 보이는 작업에 적합한 중요한 용도가 있습니다. 컴퓨터 데이터는 데이터를 나타내는 코드를 암호화하여 보호됩니다. 암호 해독을 위한 수학적 "키"는 매우 큰 숫자(보통 최대 250자리)와 그 소인수 형태로 제공됩니다. 이러한 암호화는 기존 컴퓨터가 적절한 시간 내에 그렇게 큰 숫자의 소인수를 계산할 수 없기 때문에 깨지지 않는 것으로 간주되었습니다. 그러나 적어도 이론적으로는 양자 컴퓨터는 이러한 소수 암호화 체계를 쉽게 처리할 수 있습니다. 따라서 양자컴퓨터 해커들은 각종 컴퓨터 네트워크(인터넷 포함)에 자주 등장하는 신용카드번호나 기타 개인정보는 물론, 정부나 군의 기밀까지 쉽게 탈취할 수 있게 된다. 이것이 '다른 것보다 낫다'는 원칙을 고수하는 일부 정부 기관이 양자 컴퓨터 연구에 막대한 투자를 해온 이유이다.

양자 슈퍼 네트워크 엔진

양자 컴퓨터는 인터넷의 무결성을 파괴할 가능성이 없을 뿐만 아니라 결국 인터넷에 막대한 이점을 가져올 수도 있습니다. 2년 전 Bell Labs의 연구원인 Love Grover는 양자 컴퓨터를 사용하여 우리 중 많은 사람들이 수행하는 일상적인 작업, 즉 방대한 데이터베이스에 숨겨진 정보를 검색하는 방법을 발견했습니다. 데이터베이스에서 정보를 찾는 것은 서류가방에서 무언가를 검색하는 것과 같습니다. 큐비트 상태의 다양한 조합이 데이터베이스의 다양한 부분을 검색하는 경우 상태 조합 중 하나가 찾고 있는 정보를 발견하게 됩니다.

특정 기술적 한계로 인해 양자 검색이 가져올 수 있는 속도 향상은 기대만큼 크지 않습니다. 예를 들어 1억 개의 주소 중 하나를 검색하려면 기존 컴퓨터에서는 다음을 수행해야 합니다. 주소를 찾으려면 대략 5천만 번의 시도가 필요합니다. 양자 컴퓨터에서는 약 10,000번의 시도가 필요하지만 이는 이미 큰 개선이며, 데이터베이스가 증가하면 그 개선은 더욱 커질 것입니다. 또한 데이터베이스 검색은 매우 기본적인 컴퓨터 작업이므로 개선이 이루어지면 수많은 응용 프로그램에 영향을 미칠 가능성이 높습니다.

현재까지 양자 컴퓨터가 더욱 널리 사용될지 예측하려는 연구자는 거의 없습니다. 그럼에도 불구하고 전반적인 추세는 긍정적이었습니다. 비록 전부는 아니더라도 많은 물리학자들이 처음에는 양자 역학의 혼란스러운 특성이 실용적인 양자 컴퓨팅 기술에 대한 파악하기 어렵고 확고한 장애물을 필연적으로 제거할 것이라고 믿었지만, 심도 있고 광범위한 연구는 아직 이론적인 연구에서 실제 기계를 생산하지 못했습니다.

그렇다면 양자컴퓨터 연구붐은 무엇을 의미하는가? 컴퓨팅의 역사를 보면 하드웨어와 소프트웨어의 혁신은 해결해야 할 문제가 발생하기 전에 항상 먼저 발생합니다. 아마도 일반 컴퓨터로 검색하는 데 몇 달이 걸리는 거대한 데이터베이스를 검색해야 할 때 양자 컴퓨터가 실제로 작동하기 시작할 것입니다. 전자컴퓨터를 대체할 기술을 연구하는 것은 쉽지 않을 것이다. 결국, 표준 마이크로프로세서 기술을 사용하는 병렬 컴퓨터는 몇 년마다 큰 발전을 이루고 있습니다. 따라서 이를 대체하려는 기술은 매우 우수해야 합니다. 그러나 컴퓨팅 기술 분야의 발전은 언제나 매우 빠르고 예상치 못한 일들로 가득 차 있었습니다. 미래에 대한 예측은 항상 신뢰할 수 없습니다. 돌이켜보면 "이 문제는 실현 가능하지 않다"는 주장이 가장 어리석습니다.

미래에는 슈퍼컴퓨터 외에 어떤 분야에서 컴퓨터가 발전하게 될까요?

멀티미디어 기술

멀티미디어 기술은 컴퓨터 애플리케이션 분야를 더욱 확장하는 새로운 기술입니다. 텍스트, 데이터, 그래픽, 이미지, 사운드 등의 정보매체를 하나의 통합체로 취급하고 컴퓨터로 처리함으로써 컴퓨터를 사운드, 텍스트, 그림이 통합된 응용분야로 끌어들이는 것입니다. 멀티미디어에는 모니터, 키보드, 마우스, 조이스틱, 비디오 테이프/디스크, 카메라, 입출력, 통신 전송 등 다양한 외부 장치가 있어야 합니다. 멀티미디어 시스템은 컴퓨터, 가전제품, 통신장비 등을 하나로 묶어 컴퓨터에 의해 통일적으로 제어, 관리되는 시스템이다. 멀티미디어 시스템은 인류 사회에 큰 영향을 미칠 것입니다.

네트워크

현재 컴퓨터 시스템의 대부분은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템이다. 소위 네트워크는 지리적으로 분산되어 있고 통신 회선을 통해 상호 연결된 여러 개의 독립적인 컴퓨터로 구성된 시스템을 의미합니다. 컴퓨터 네트워크는 네트워킹 영역의 크기에 따라 로컬 네트워크와 원격 네트워크로 나눌 수 있습니다. 컴퓨터 네트워크는 공장의 다양한 작업장과 사무실처럼 작게 구성될 수도 있고, 대륙과 바다를 가로질러 크게 구성될 수도 있습니다. 인터넷은 인류사회에서 눈에 보이지 않는 강력한 힘으로 발전할 것입니다. 인터넷은 가장 빠르고 진보된 수단으로 사람들에게 다양한 정보를 조용히 전달하고 인간의 일과 생활을 편리하게 해줍니다.

현재 인터넷의 발달은 세계를 '지구촌'으로 변화시키는 경향을 보이고 있다.

전문가들은 PC가 빨리 사라지지는 않을 것이며, 동시에 단일 기능 또는 제한된 기능의 단말 장치(휴대용 컴퓨터, 스마트폰 등)가 PC의 위상에 도전할 것이라고 보고 있습니다. 컴퓨터 혁신의. 인터넷 접속과 전자 메일 기능을 제한된 컴퓨팅 기능과 결합한 인터넷 TV와 같은 "최고급" 컴퓨터가 곧 대중화될 것입니다. 단일 기능 단말기는 결국 사용하기 쉬워질 것입니다.

지능형 컴퓨터

뇌에 대한 우리의 이해는 여전히 피상적이지만 컴퓨터를 지능화하는 작업은 사람들이 더 나은 능력을 가질 때까지 기다려서는 안 됩니다. 뇌에 대한 이해가 충분히 이루어진 후에 시작하세요. 컴퓨터를 더 똑똑하게 만드는 것은 사람들이 처음부터 추구해 온 목표였습니다. 현재 컴퓨터를 이용한 디자인, 번역, 검색, 그리기, 쓰기, 체스 게임, 기계 조작 등의 발전은 컴퓨터의 지능을 향한 한 걸음을 내디뎠습니다. 컴퓨터 성능이 지속적으로 향상되면서 인공지능 기술은 50년 만에 드디어 모습을 드러냈습니다. 세계 최고의 체스 명장 카스파로프가 '딥 블루'에 항복하여 인간의 뇌에 첫 맛을 선사한 것입니다. 컴퓨터 앞에서 실패하는 것. 인류는 오늘날만큼 깊은 두려움을 느껴본 적이 없으며, 오늘날만큼 자신을 강력하게 이해해야 할 필요성을 느낀 적도 없습니다.

현재 컴퓨터의 대부분은 폰 노이만 컴퓨터인데, 단어 인식, 그림 인식, 복종, 이미지 사고 기능이 특히 열악하다. 컴퓨터를 보다 인공적으로 지능화하기 위해 과학자들은 컴퓨터가 인간 두뇌의 기능을 모방하도록 만들기 시작했습니다. 최근 선진국에서는 인공 신경망 연구에 주목하여 컴퓨터의 지능을 향한 중요한 발걸음을 내디뎠습니다.

인공 신경망의 특징과 장점은 주로 세 가지 측면에서 반영됩니다. 자체 학습 기능이 있습니다. 이미지 인식을 구현할 때 다양한 이미지 템플릿과 해당 인식 결과가 인공 신경망에 입력되는 한 네트워크는 자체 학습 기능을 통해 유사한 이미지를 인식하는 방법을 학습합니다. 자가 학습 기능은 예측에 특히 중요합니다. 앞으로 인공신경망 컴퓨터는 인간에게 경제전망, 시장전망, 이익예측 등을 제공할 것으로 예상되며, 인간의 미래는 매우 밝다.

연관 저장 기능 포함. 인간의 뇌에는 두 가지 기능이 있습니다. 누군가가 당신의 어린 시절 동창인 장모무(Zhang Moumou)를 당신에게 언급한다면. , 당신은 Zhang Moumou에 대해 많은 것을 생각할 것입니다. 이러한 연관성은 인공 신경망의 피드백 네트워크를 사용하여 달성할 수 있습니다.

빠른 속도로 최적의 솔루션을 찾는 능력을 갖추고 있습니다. 복잡한 문제에 대한 최적의 솔루션을 찾는 데에는 많은 계산이 필요한 경우가 많습니다. 특정 문제에 맞게 설계된 피드백 인공 신경망을 사용하고 컴퓨터의 고속 컴퓨팅 성능을 사용하면 최적의 솔루션을 빠르게 찾을 수 있습니다.

인공신경망은 미래 전자기술 응용의 새로운 분야이다. 지능형 컴퓨터의 구성은 호스트 컴퓨터인 폰 노이만(Von Neumann) 기계와 지능형 주변기기인 인공 신경망의 결합일 수 있다.

무어의 법칙(반도체 능력의 기하학적 성장을 예측하기 위해 1965년에 제안된 법칙)이 실현되는 것처럼 지능형 컴퓨터도 필연적으로 등장할 것이라고 일반적으로 믿어지고 있습니다. 이 법을 제안한 고든 무어(Gordon Moore) 인텔 명예회장도 “실리콘 지능은 컴퓨터와 사람을 구별하기 어려울 정도로 발전할 것”이라고 말했다. . 지금까지. 많은 과학자들은 기계 지능이 곧 알베르트 아인슈타인과 호킹을 합친 지능을 능가할 것이라고 주장합니다. 호킹은 인간이 뛰어난 숫자 계산 능력을 바탕으로 컴퓨터를 설계할 수 있는 것처럼 스마트 기계가 더 나은 컴퓨터를 만들 것이라고 믿습니다. 늦어도 다음 세기 중반에는(그리고 아마도 훨씬 더 빨리) 컴퓨터 지능이 인간의 이해를 뛰어넘을 수도 있습니다.

세기의 발견·튜링 기계에서 폰 노이만 기계로

영국 과학자 앨런 튜링은 1937년 유명한 "문제 해결에 적용되는 계산 가능한 숫자에 관하여"라는 논문을 발표했습니다. 이 기사는 컴퓨터 이론의 발전을 촉진하는 사고 원리 컴퓨터인 튜링 기계의 개념을 제안합니다. 1945년 튜링은 영국 국립물리학연구소에서 일하면서 자동 컴퓨터를 설계하기 시작했습니다. 1950년 튜링은 "컴퓨터가 생각할 수 있는가?"라는 제목의 논문을 발표했습니다. 》 논문은 질문과 답변을 통해 컴퓨터가 인간과 동일한 지능을 가지고 있는지 테스트하는 유명한 튜링 테스트를 설계했습니다.

튜링은 계산 가능한 함수를 정확하게 정의하기 위해 추상 컴퓨팅 모델을 제안했습니다. 튜링 기계는 컨트롤러, 무한히 확장 가능한 테이프, 테이프에서 좌우로 움직이는 읽기/쓰기 헤드로 구성됩니다. 개념적으로 단순한 이 기계는 이론적으로 직관적으로 계산 가능한 모든 함수를 계산할 수 있습니다. 컴퓨터의 이론적 모델로서 튜링 기계는 컴퓨터 및 계산 복잡성에 대한 연구에 널리 사용됩니다.

컴퓨터는 인간이 만든 정보처리 도구이다. 인간이 만든 다른 도구가 인간 손의 확장이라면, 컴퓨터는 정보처리를 위해 인간 두뇌를 대체하는 도구로서 인간 두뇌의 확장이라고 할 수 있다. 최초의 실제 컴퓨터는 수치 계산 문제를 해결하기 위해 만들어졌습니다. 제2차 세계 대전이 끝나자 군사 목적으로 수행된 일련의 암호 해독 및 탄도 계산이 점점 더 복잡해졌습니다. 많은 양의 데이터와 복잡한 계산식은 전자계산기를 사용하더라도 상당한 인력과 시간을 필요로 합니다. 이러한 맥락에서 사람들은 전자 컴퓨터를 개발하기 시작했습니다.

세계 최초의 컴퓨터 '콜로사스'는 영국에서 탄생했다. '콜로사스' 컴퓨터의 개발은 1943년 3월 시작됐다. 당시 '콜로사스' 컴퓨터의 주요 개발자는 독일의 "로렌츠" 암호화 기계로 암호화된 비밀번호를 해독하는 것입니다. 다른 수단을 사용하면 이 코드를 해독하는 데 6~8주가 걸리지만 '콜로사스' 컴퓨터를 사용하면 6~8시간밖에 걸리지 않습니다. 1944년 1월 10일에 "Colosas" 컴퓨터가 작동되기 시작했습니다. 이것이 사용된 이후, 대량의 독일 고위급 군사기밀이 빠르게 해독되어 연합군을 더욱 강력하게 만들었습니다. 콜로사스(Colosas)는 미국의 ENIAC 컴퓨터보다 2년여 앞서 나온 것으로, 제2차 세계대전 당시 독일의 군사기밀을 대량으로 해독한 뒤 비밀리에 폐기됐기 때문에 다른 사람이 이해할 수 없다.

최초의 전자컴퓨터는 영국에서 탄생했지만, 영국은 컴퓨터가 촉발한 기술혁명과 산업혁명의 기회를 놓치지 않았다. 이에 비해 미국은 이러한 역사적 기회를 놓치지 않고 컴퓨터 기술과 산업의 발전을 장려하여 수많은 컴퓨터 산업 강국을 탄생시켰고 미국의 종합적인 국력 발전을 크게 촉진시켰다. 1944년 미국 국방부는 마우클리(Mauchly)와 에커트(Eckert)를 중심으로 ENIAC 컴퓨터 연구그룹을 조직했다. 현대 컴퓨터의 창시자이자 당시 프린스턴 대학에서 근무하던 미국의 헝가리 수학자 폰 노이만(Von Neumann)도 영상 제작에 참여했다. 연구 작업. . 1946년에는 연구 작업이 성공하여 세계 최초의 전자 디지털 컴퓨터인 ENIAC이 탄생했습니다. 18,000개의 전자관으로 이루어진 이 컴퓨터는 크기가 크고, 엄청난 전력을 소모하고, 기능의 제한이 있었음에도 불구하고 인력과 시간을 절약하고 컴퓨터 과학기술의 새로운 시대를 열었습니다. 이것은 그것을 만든 과학자들조차 예상하지 못할 수도 있습니다.

초기 컴퓨터는 기능이 제한되어 있고 현대 컴퓨터와는 매우 달랐지만 이미 산술 장치, 컨트롤러, 메모리 등 현대 컴퓨터의 기본 부분을 갖추고 있었습니다.

계산기는 주판과 같아서 수치연산과 논리연산을 수행하고 계산 결과를 얻는 데 사용됩니다. 컨트롤러는 컴퓨터의 본부와 같으며 컴퓨터의 다양한 부분의 작업을 지시합니다. 컨트롤러의 명령은 일련의 제어 신호를 전송하여 수행됩니다.

컴퓨터 프로그램, 데이터, 작업 중에 생성된 중간 결과 및 최종 결과는 어딘가에 저장되어야 합니다. 이는 컴퓨터의 세 번째 구성 요소인 메모리입니다.

계산은 컴퓨터가 자동으로 수행하며, 자동계산의 기본은 컴퓨터에 저장된 프로그램이다. 현대 컴퓨터는 모두 폰 노이만 기계(von Neumann machine)라고도 불리는 저장 프로그램 컴퓨터입니다. 저장 프로그램의 개념이 폰 노이만(von Neumann)에 의해 제안되었기 때문입니다. 해결해야 할 문제에 대한 수학적 설명에 따라 사람들은 컴퓨터가 받아들일 수 있는 '언어'로 프로그램을 작성하고, 이를 입력받아 컴퓨터에 저장하면 컴퓨터가 자동으로 계산을 완료해 그 결과를 최고로 출력할 수 있다. 사람의 의도에 따라 속도를 조절합니다. 프로그램은 연산할 데이터, 연산 순서, 수행할 연산 등을 컴퓨터에 제공해야 합니다.

마이크로 전자공학 기술의 출현은 컴퓨터 발전에 새로운 기회를 제공했고, 컴퓨터의 소형화를 가능하게 했다. 마이크로 전자공학의 발전은 트랜지스터의 출현으로 거슬러 올라갑니다. 1947년 American Telegraph and Telephone Company의 Bell Labs의 세 명의 과학자 Bardeen, Brydon, Shockley가 최초의 트랜지스터를 만들어 전자관을 트랜지스터로 대체하는 시대를 열었습니다.

트랜지스터의 출현은 집적회로 도입의 서막이라고 할 수 있다. 트랜지스터가 출현한 후 일부 과학자들은 트랜지스터와 같은 실리콘 칩에 회로 부품과 연결부를 배치함으로써 회로의 소형화가 달성될 수 있다는 것을 발견했습니다. 그 결과, 트랜지스터 제조 산업이 10년 동안 발전한 끝에 1958년에 최초의 집적 회로가 등장했습니다.

마이크로 전자공학 기술의 발전과 집적회로의 출현은 먼저 컴퓨터 기술에 큰 변화를 가져왔다. 현대의 컴퓨터는 주로 연산장치와 컨트롤러를 결합한 마이크로프로세서(Microprocessor)로 컴퓨터의 심장인 마이크로프로세서(컴퓨터 칩)의 집약으로 인해 1970년대와 1980년대에 마이크로컴퓨터가 등장하여 급속한 발전을 이루게 된다. IBM PC 개인용 컴퓨터는 컴퓨터 대중화의 문을 열었고, 컴퓨터의 각계각층 활용을 촉진했습니다. 1950년대와 1960년대에는 비싸고 부피가 크며 엄청난 전력을 소비하는 컴퓨터는 오직 산업에서만 사용할 수 있었습니다. 몇 개의 대규모 군사 또는 과학 연구 시설이 있었지만 오늘날에는 대규모 집적 회로의 사용 덕분에 컴퓨터가 일반 사무실과 가정에 도입되었습니다.

집적회로의 수준을 가늠하는 지표 중 하나는 집적도, 즉 특정 크기의 칩에 몇 개의 트랜지스터를 만들 수 있는가 하는 점이다. 집적회로의 출현부터 오늘날까지. 불과 40년이 넘었지만 개발 속도는 놀랍습니다. 칩은 점점 더 작아지고 있으며 이는 생산과 생활에 큰 영향을 미칩니다. ENIAC 컴퓨터는 150평방미터의 면적을 차지하고 무게는 30톤에 달하며 수백 와트의 전력을 소비하며 오늘날의 고급 소형 계산기로 완료할 수 있는 계산을 완료할 수 있습니다. 이는 마이크로 전자공학 기술과 집적회로가 만들어낸 기적이다.