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제 1 장 컴퓨터 입문 PowerPoint PPT Presentation


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제 1 장 컴퓨터 입문. 2002.3.8. 생물공학부 (C,D). 개관. 컴퓨터의 정의 계산할 수 있는 모든 장치 데이터와 명령을 입력하여 저장할 수 있으면 빠른 속도로 이를 처리하여 정확하게 출력하는 장치 하드웨어 입력장치 , 기억장치 , 연산장치 , 제어장치 , 출력장치 기계 자체 소프트웨어 하드웨어로 하여금 특정기능을 수행하게 하는 명령어의 연속. 컴퓨터의 이용 범위 신속하고 정확한 계산이 필요한 응용 ( 과학 계산 ) 많은 양의 정보를 저장하는 분야 ( 데이터베이스 )

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제 1 장 컴퓨터 입문

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Presentation Transcript


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제 1장 컴퓨터 입문

2002.3.8.

생물공학부(C,D)


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개관

  • 컴퓨터의 정의

    • 계산할 수 있는 모든 장치

    • 데이터와 명령을 입력하여 저장할 수 있으면 빠른 속도로 이를 처리하여 정확하게 출력하는 장치

  • 하드웨어

    • 입력장치, 기억장치, 연산장치, 제어장치, 출력장치

    • 기계 자체

  • 소프트웨어

    • 하드웨어로 하여금 특정기능을 수행하게 하는 명령어의 연속


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  • 컴퓨터의 이용 범위

    • 신속하고 정확한 계산이 필요한 응용(과학 계산)

    • 많은 양의 정보를 저장하는 분야(데이터베이스)

    • 사무, 교육, 출판, 경영

  • 컴퓨터의 주요 분야(과목)

    • 디지털 논리, 컴퓨터 구조, 마이크로 프로세서

    • 프로그래밍 언어, 자료구조, 알고리즘, 인공지능

    • 어셈블러, 시스템 프로그램, 운영체제, 컴파일러

    • 네트워크, 멀티미디어, 분산시스템 등


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컴퓨터의 기능과 특징

  • 전자 장치

    • 광속에 비견하는 속도로 계산

    • 반도체를 이용

    • 전기가 끊어지면?

  • 내장 프로그램 수행

    • 프로그램의 지시사항을 순차적으로 수행

    • 프로그램의 변화로 컴퓨터의 기능 변화 가능

  • 저렴한 처리 비용

    • 속도의 향상과 가격의 하락


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컴퓨터의 기본 원리

  • Completeness Theory

    • 모든 함수는 AND, OR, NOT으로 구현 가능

    • 함수 : 일대일, 다대일 대응(mapping)

  • AND, OR, NOT은 전기 회로로 구현이 가능

Vcc

A

A

B

A

B

GND

A or B (A+B)

Not A (~A)

A and B (AB)


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  • 전기의 흐름 여부에 의해 정보 표현

  • 이진 논리와 부합

  • 전기 흐름 = TRUE = 1

  • 전기 불통 = FALSE = 0

  • 비트 : 0,1을 나타내는 최소 단위

  • 논리식으로 표현된 함수의 회로화 가능

  • 회로화 후에는 광속으로 계산이 수행됨


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1.1 컴퓨터 지식의 필요성

  • 전산 시스템의 역할(은행 업무 및 보험)

  • 호출기, 휴대용 전자수첩, 전자영어사전, 단어 판독기, 휴대폰…

  • PC(personal computer)


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컴맹탈출의 의미

  • 컴퓨터가 할 수 있는 일과 없는 일의 구분

  • 사무용 프로그램의 사용(word processor, database, spread sheet)

  • 컴퓨터를 하나의 일반적인 혹은 전문적인 도구로의 사용

  • 컴퓨터가 현재 및 미래의 사회에 미치는 영향의 인지


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우리의 자세

  • 컴퓨터의 능력을 자신의 요구에 따라서 활용할 수 있는 최소한의 지식을 보유

  • 컴맹 탈출의 소극적인 자세 보다는 최대한 활용할 수 있는 소양을 갖추자(이번 학기 전산개론의 교과목표 입니다. 우리 같이 이렇게 되도록 노력 합시다.)


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1.2 컴퓨터의 역사

  • 계산기기(주판, Abacus)

  • 1610 수학자 존 네이피어-막대기(뼈)를 일정한 순서로 배열하여 곱셈을 수행하는 장치를 개발

  • 1645 파스칼-파스칼 라인(최초의 상업용 계산기), 덧셈과 뺄셈만 가능

  • 1673 라이프니츠-정확한 덧셈,뺄셈,곱셈,나눗셈, 대강의 루트 계산

  • 1820 칼마-사칙연산이 모두 가능한 실용적인 계산기인 산술기 제작


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컴퓨터의 태동(I)

  • 영국의 찰스 배비지:수학의 테이블 생성 장치 설계의 고안 중 차분 엔진의 개발

  • 원리: 테이블에서 새로운 값을 생성해 내는데 바로 이전의 값들간의 차이(차분-difference engine)를 이용

  • 분당 20자리 숫자 2개를 계산하고 결과를 출력할 수 있는 증기동력의 차분 엔진 개발

  • 해석 엔진의 등장:부호화된 천공카드의 사용, 일련의 정교한 기둥, 기어, 바퀴, 지레 등을 통하여 지속적으로 정보가 흐를 수 있도록 고안(오늘날 사용하는 컴퓨터의 기본적인 개념을 포함하는 진정한 의미의 계산기)


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컴퓨터의 태동(II)

  • 해석엔진의 구조: 데이터 입력, 산술 연산 장치, 데이터와 명령의 기억 장치, 출력 디스플레이 등을 포함

  • 문제점: 이해하기 힘든 장치(거의 한 세기 후에야 컴퓨터의 이론적 모델로 인정)

  • 에이다(Ada, 러브레이스 백작부인)-배비지의 노트, 삽화,예제,프로그램등의 번역. 배비지의 코드화된 명령카드가 기계제어의 기본 골격임을 인지, 기계에 대한 실제 프로그램의 작성(세계최초의 프로그래머, 미국방성의 프로그래밍 언어를 Ada로 명명)

  • 천공카드의성공적 이용(인구 조사국의 토마스 홀러리스:카드에 천공된 인구조사정보를 자동적으로 읽어내는 기계의 발명(카드천공기, 전자식 카드 판독기, 전자계산식 카드 정렬기로 구성)


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컴퓨터의 태동(III)

  • 인구조사 작업을 2년만에 완성

  • 장치의 상업화-IBM의 모태

  • 1930 하위드 에이켄-릴레이 방식의 컴퓨터 고안, 완전 자동화된 계산이 가능해 짐, 제어이동의 명령 실행이 불가능한 단점(이유: 미리 펀치된 종이테이프의 사용)

  • 1960 알란 튜어링-튜어링 머쉰의 고안, 논리 작업이 수행 가능하도록 설계, 무한한 길이의 종이테이프에 적힌 기호를 지울 수도 있는 가상적인 기계(유한상태기계:finite state machine), 오늘날의 RAM


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전자식 컴퓨터의 등장(I)

  • 1940년대 초반: ABC(Atanasoff Berry Computer): 진공관을 이용하여 만들어진 최초의 컴퓨터

  • ENIAC(Electronic Numerator, Integrater,Analyzer, and Computer, 애커트, 모클리 제작):전쟁을 위한 특수 목적용 컴퓨터, 메모리 장치로 사용된 진공관과 기계를 식히기 위하여 넓은 공간 요구

  • EDVAC(Electronic discrete Variable Automatic Computer) : 메모리의 확장, 프로그램의 컴퓨터 내장 가능

  • 1945년 IAS(Institute for Advanced Study:존 포이만): 하드웨어 구조를 바꾸지 않고 적당히 프로그램의 제어를 조정함으로써 어떤 종류의 계산도 가능하리라는 착안, 실제적이고 고속의 컴퓨터가 구성 가능해짐(프로그램 내장 방식:Stored Program Technique)->존포이만 기계


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전자식 컴퓨터의 등장(II)

  • 1949 켐브리지 EDSAC(Electronic Delay Storage Automatic Computer): 내장 프로그램의 제어하에 작동되는 최초의 범용 전자식 컴퓨터

  • 켄 올센 Whirlwind 컴퓨터를 개발:천문학적인 테이터량에 대한 계산상의 혁신

  • 1951 UNIVAC I(Universal Automatic computer)-인구조사국, GE에서 운영된 최초의 상업용 컴퓨터(스미스소니언 박물관 전시:컴퓨터 시대의 진정한 발전)

  • 이후 날마다 소형화, 가속화, 더욱 강력해지고 더 많은 작업에 응용


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트랜지스터와 집적회로

  • 트랜지스터(윌리엄 쇼클리, 존 바딘, 월터 브랜튼): 진공관의 사용을 대체-진공관은 많은 공간을 차지하며 사용시 열이 발생하는 단점. 하지만 트랜지스터의 경우도 다른 전기부품과 납땜으로 연결되기 때문에 부품이 많아지면 잘못 연결될 가능성이 높아지는 단점

  • 클레어 킬비(1958, Texas instrument): 집적회로(Integrated Circuit:IC) 또는 칩(Chip) 발명-여러 개의 작은 트랜지스터가 서로 연결되어 모여 있는 것, 납땜질이 필요 없게 되고, 제품의 소형화 가능, 전자 통과 거리의 단축으로 속도의 증가

  • 슈퍼 컴퓨터의 등장, 마이크로 프로세서의 개발 및 PC의 출현


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1.3 컴퓨터 세대의 구분

  • 제 1세대(1942-1959)

  • 회로나 데이터, 명령의 저장을 위해 진공관(vacuum tube)을 사용

  • 큰 부피, 많은 열의 방출: 고장이나 비효율적인 연산의 유발

  • 프로그래밍:기계어(0과 1의 비트 조합으로 기계 연산을 표현)- 상당한 시간의 훈련된 전문 프로그래머만이 수행


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  • 제 2세대(1959-1965)

  • 트랜지스터를 이용하여 만든 컴퓨터

  • 빠른 속도, 소형, 100만분의 1초동안 하나의 연산 수행 가능

  • 수만자의 문자 저장

  • 사무지향적 컴퓨터의 생산

  • 신뢰성 확보

  • 프로그래밍 언어: Assembly(기계어의 일종), Fortran(과학, 수학 공학에 이용), COBOL(일반 사무)


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  • 제 3세대(1965-1970)

  • IBM360의 발표-범용성을 지닌 컴퓨터

  • 초소형 집적회로의 사용

  • 입출력(스캔, 음성인식)

  • 기억장치(1초에 수백만 문자의 저장)

  • 처리능력(10억분의 1초, 1나노초) 등의 증대

  • 통신회선을 이용한 컴퓨터 통신

  • 프로그래밍 언어: 고급 문제 지향 언어(high-level problem-oriented language), 또는 절차 지향 언어(procedure-oriented language)


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  • 제 4세대(1970- )

  • 세대 구분이 어려움

  • 발전한 입출력, 기억장치, 처리능력

  • 소형화된 집적논리회로, 레이저메모리의 사용

  • 가상기억장치(virtual memory)

  • CD(compact disk)

  • 다양한 소프트웨어의 개발

  • PC의 등장


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  • 제 5세대(?)

  • 사고, 학습,추론등과 같은 인간의 영역으로 생각되는 방식으로 행동하는 능력

  • “기계와의 대화”

  • 문제를 해결하고 추론하는 능력

  • 인공지능 컴퓨터

  • 전문가 시스템

  • 자동 번역 시스템

  • 병렬 처리 기술

  • 지식을 표현하는 논리형 언어 사용


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1.4 마이크로 프로세서

  • PC의 입출력장치와 기억장치 구성의 핵심

  • 프로세서:주어진 자료를 지시대로 처리한다(대형컴퓨터의 CPU-Central Processing Unit)

  • 개인용 컴퓨터의 CPU 해당(MPU-MicroProcessing Unit)

  • 분류:집적회로 (Integrated Circuit:IC) 제조 기술에 따라 구분, 혹은 정보 처리의 단위인 데어터 단어(word)의 길이에 따라 8비트, 16비트, 32비트 마이크로 프로세서로 구분하기도


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1.4.1 마이크로 프로세서의 역사

  • Intel 4004의 탄생(1969): 일본 SHARP사는 전자식 탁상 계산기의 CPU를 하나의 chip으로 만들고자 인텔사와 계약

  • 1971 MOS기술을 이용한 집적회로로 4비트 마이크로 프로세서의 개발

  • 처리속도가 기대에 미치지 못하여 계약이 취소

  • 새로운 상품으로 시장에 선보임-Intel 4004

  • Intel 4040으로 개량

  • 1973년 8비트 마이크로 프로세서인 Intel 8080 개발

  • 1974년 미국 모토롤라사의 8비트 마이크로 프로세서인 MC6800의 개발


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1.4.1 마이크로 프로세서의 역사

  • 인텔 모토롤라 자일로그 모스테크

  • Intel 8085 MC6802 Z80 MCS6502

  • (Intel 8080포함) (Apple II)

  • i8086(16bit) MC6800 Z8000

  • i8088(XT) MC68000(Mac)

  • i80286(AT)

  • i80386(32bit) MC68020(MacII) Z80000

  • (386) MC68030

  • i80486 MC68040(F/X)

  • i80586(CISC) RISC의 공동개발


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1.4.2 마이크로 프로세서의 응용

  • 인텔의 80계열과 모토롤라의 68계열이 대표적

  • 제품별로 구조, 레지스터의 종류, 명령체계, 주소지정 방식, 입출력포트의 지정방식이 상이

  • 컴퓨터 시스템의 도입이나 설계시 CPU를 i80계열로 할 것인지의 MC68계열로 할 것인지 신중히 고려

  • 호환성의 문제

  • 마이크로 프로세서 사용의 장점

  • 1. 고밀도 집적회로로 구성:제품의 소형화

  • 2. 부품비 및 제작비의 감소

  • 3. 기능 변경 및 확장의 용이

  • 4. 신뢰성의 확보


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1.4.2 마이크로 프로세서의 응용

  • 응용분야별 분류

  • 1. 컴퓨터 및 주변 장치의 부품

  • 2. 독립된 장치의 내부제어기(계측기와 자동차 분야)

  • 3. 대형 시스템의 중요 요소(통신 시스템 등)

  • 용도별 분류

  • 1. 산업용

  • 2. 가정용

  • 3. 아마추어용


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1.5 컴퓨터의 응용분야

  • 사용이유

  • 1. 빠른 처리속도

  • 2. 정확성(완벽한 결과의 출력)

  • 3. 신뢰성:정기적인 유지 보수, 예비보관(back-up), 시스템의 이중화

  • 4. 대용량

  • 5. 경제성:비용대 효과면에서


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1.5.1. 과학응용분야

  • 1. 기술계산:공법 기술의 진보, 설계시간의 단축

  • 2. 정보검색

  • 3. 공정관리:공정의 안정, 생산성 증대, 품질향상, 노동력 절감등에 기여

  • 4. 설계 및 제작(CAD, CAM): 설계 및 생산의 자동화


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1.5.2 일반사업분야

  • 기업경영의 합리화

  • 경영 정보 시스템(MIS:Management Information System)

  • 인사관리업무

  • 자재관리업무

  • 회계관리업무

  • 은행(인터넷 뱅킹의 출현)


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1.5.3 공공 및 개인분야

  • 구급 의료 정보시스템

  • 교통 제어 시스템

1.5.4 정보통신분야

  • 미국의 SAGE 시스템의 등장(방공시스템)

  • SABRE의 개발(항공기 좌석 예약 시스템)

  • 광대역 종합통신 서비스(ISDN)

  • 정보 고속도로의 구축


1 5 5

1.5.5. 기타

  • 모의 실험 모델(simulation model): 실제의 실험이 불가능한 경우 및 가능은 하더라도 시간적, 경제적으로 어려운 경우등의 복잡한 현상에 대하여 가상적인 실험을 통해서 그 해답을 얻는 방법

  • 예:영종도 국제 공항의 설계

  • 미국의 방공 시스템

  • 공정관리의 자동화:건설과 조선 분야


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1.6 컴퓨터의 사회적 영향과 부정적 측면

  • 1.6.1 사회적 동향

  • 1.6.2 컴퓨터 사용의 부정적 측면

  • 1. 개인정보의 유출

  • 2. 환경오염

  • 3. 컴퓨터 관련질환의 증가

  • 4. 고장시 장애의 발생

  • 5. 일의 감소


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컴퓨터의 미래

  • 소프트웨어의 비중이 상대적으로 증가

  • 하드웨어의 발전 : 계산 및 처리 능력

  • 소프트웨어 발전 : 컴퓨터 활용 분야의 확대

  • 새로운 소자의 개발(바이오 칩)

  • 자동화

  • 정보 서비스

  • 인간의 언어를 이해하는 컴퓨터


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