[CS 개론] 1. 컴퓨터와 자료

CS 개론

1. 컴퓨터와 자료

(1) 컴퓨터 란?

• 자료 처리기(data processor)
  • 자료를 처리하는 기계 ( 입력을 받으면 자료를 처리하여 출력함)
  • 현대 컴퓨터의 기능적 측면(“입력 - 처리 - 출력”) 만 정의 > 너무 포괄적이다.
    • ex) 계산기도 컴퓨터라고 생각할수 있음
  • 컴퓨터를 정의하면 프로그램이 가능한 자료처리기이다.
• 프로그램(program)
  • 컴퓨터가 자료를 어떻게 처리할 지를 알려주는 일련의 명령어 집합
  • 프로그래밍 과정의 결과물
    • 1. 주어진 문제의 해결 방법과 절차(‘알고리즘‘)을 찾고
    • 1. 적절한 프로그래밍 언어를 사용하여 컴퓨터가 이해할 수 있는 형태로 표현식은
  • 처리 가능한 작업 유형과 연산의 집합을 결정하는 역할
    • 컴퓨터 -> 특수 목적의 작업을 처리하는 기계가 아니라, 다양한 형태의 작업을 수행할 수 있는 범용의 기계

(2) 컴퓨터의 장점

• 신속한 자료처리
  • ex) ms , ns, ps …
• 계산 결과의 정확성
  • 유효한 입력과 프로그램이 주어지면, 항상 정확한 결과 생성
• 자동(사람의 개입이 불필요)
• 대용량(여러 저장 장치를 이용해서 많은 데이터를 저장/처리)

(3) 컴퓨터의 발전과정

• 1930 이전
  • 기계식 계산장치 (Pascaline, Leibnitz’s Wheel, …)
• 1930 ~ 1950
  • 초기 전자식 컴퓨터 (ABC, Mark 1, Colossus(엘런 튜링(인류 최초로 컴퓨터를 고안한사람)), …)
  • ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Calculator) 애니악
    • 1946 모클리 & 애커드, 최초의 완전 전자식의 범용 컴퓨터
    • 메모리에 프로그램이 저장되지 않고 데이터만 저장 > 외부에서 프로그램되는 방식
    • 외장 프로그래밍 방식
  • EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer)
    • 1950? 폰 노이만의 개념 “stored-program”에 기반을 둔 최초의 컴퓨터
    • 내장 프로그래밍 방식

(4) 컴퓨터 기술의 세대별 분류

• 1세대 (1950 ~ 1959)
  • 진공관
  • 상업적 컴퓨터 등장
  • 제한된 접근 및 사용
• 2세대(1959 ~ 1965)
  • 트랜지스터
  • FORTRAN과 COBAL 등장
• 3세대 (1965 ~ 1975)
  • 집적회로(LSI)
  • 미니 컴퓨터 및 SW 패키지 등장 -> SW산업등장
• 4세대 (1975 ~ 1986)
  • 초 고밀도 집적회로(VLSI)
  • 마이크로 컴퓨터(Altair 8800, 1975) 등장
  • 컴퓨터 네트워크 출현
• 5세대 (1985 ~ 현재)
  • 새로운 개념의 컴퓨터 등장(랩톱, 팜톱, 웨어러블 컴퓨터, 광 컴퓨터 DNA컴퓨터 등)

(5) 컴퓨터의 분류

• 컴퓨터 사용 목적
  • 범용, 전용 컴퓨터
• 자료 표현 방식
  • 디지털, 아날로그 컴퓨터
• 컴퓨터의 성능
  • 슈퍼, 대형, 미니, 워크스테이션, 마이크로 컴퓨터
• 현재 우리가 일반적으로 사용하는 컴퓨터(범용, 디지털, 마이크로)

2. 컴퓨터 과학

(1). 컴퓨터과학이란?

• 자료의 표현, 저장, 조작, 검색과 관련된 학문
  • 컴퓨터 -> 프로그램을 통해 자료를 입력하여 처리, 저장, 검색, 출력하는 전자적 장치
  • 자료의 획득, 표현, 처리, 저장, 통신, 접근을 위한 방법들의 실행 가능성, 구조화, 표현, 기계화에 관련된 내용을 다루는 분야
• 컴퓨터, 자료, 프로그램, 알고리즘에 대한 분야
  • 자료 : 자료구조, 파일처리, 데이터베이스
  • 정보 : 컴퓨터 시스템, 디지털논리회로, 컴퓨터구조
  • 프로그램 : 운영체제, 컴파일러, 프로그래밍 언어, 정보통신, 컴퓨터 그래픽스
  • 알고리즘 : 이산구조, 계산이론, 인공지능, 알고리즘, …
• 알고리즘과 관련된 이슈를 다루는 학문
  • 주어진 문제를 해결하기 위한 처리 과정을 절차적으로 나열한 명령어들의 집합
  • 알고리즘 존재 여부 = “컴퓨터의 한계”
  • (알고리즘의 한계, 알고리즘의 분석, 알고리즘의 개발, 알고리즘의 실행, 알고리즘의 표현, 알고리즘의 통신)
• 문제의 부류
  • 컴퓨터 시스템 : 자료처리를 위한 다양한 구조, 도식, 수단에 대한것
  • 컴퓨터 응용 : 자료처리 업무와 그 처리 절차, 그리고 그와 관련된 다양한 표현 방법에 관련된 것
  • 일반적인 기호조작기계에 대한 연구, 인간과 기계사이의 통신 수단 개발, 그리고 이러한 기계들의 응용에 관련된 분야

(2). 컴퓨터 과학의 특성

• 비교적 짧은 역사, 엄청나게 빠른 변화
• 다른 학문과의 밀접한 연관을 가짐 > 폭 넓은 응용범위
  • 수학, 공학, 심리학, 생물학, 언어학, 경영과학, 물리학 …
  • 컴퓨터 공학 : 가격대비 성능 특성이 좋은 컴퓨팅 엔진을 만들기 위해 하드웨어와 소프트웨어 요소의 조립의 중점
  • 컴퓨터 과학 : 현재의 기술에 덜 의존적인 방식으로 주어진 문제에 대한 해결책의 효율성과 실현가능성에 보다 중점 » 컴퓨터라는 도구를 활용하여 문제해결 에 대한 학문

3. 컴퓨터 시스템

(1). 컴퓨터 시스템의 구성요소

• 하드웨어 , 소프트웨어, 자료, 사용자 4가지 요소 필요

(2). 하드웨어

• 하드웨어
  • 기계를 구성하고 있는 모든 물리적 기계장치 및 전자장치
  • 핵심 장치
    • 폰 노이만 모델에서 제시한 4개의 서브시스템에 해당
  • 폰 노이만John von Neumann 모델
    • 컴퓨터의 내부 구조와 처리 과정을 정의한 모델
• 중앙처리장치(CPU : Central Processing Unit)
  • 제어장치 (CU : Control Unit)
  • 산술논리 연산장치 ( ALU : Arithmetic and Logic Unit)
  • 이 두개의장치를 CPU라고 부름
• 기억장치 > 주기억장치, 보조기억장치
  • 처리할 데이터와 처리를 담당하는 프로그램이 저장되는 장소
• 산술논리연산장치
  • 자료에 대한 산술 연산과 논리 연산의 수행을 통해 직접적인 자료 처리가 이루어지는 장치
• 제어장치
  • 컴퓨터의 기억장치, ALL , 입출력 장치의 동작을 제어하는 장치
• 입력장치 -> 키보드, 마우스, 마이크 등

• 출력장치 -> 모니터, 프린터, 스피커 등

• 하드웨어 요소 간 통신

(2-1). 폰 노이만 모델의 주요 개념

• 내장 프로그램 (stored-program) 방식
  • 실행될 프로그램은 메모리에 저장되어야 한다.
    • 초기 컴퓨터(ENIAC)는 데이터만 메모리에 저장되고, 프로그램은 컴퓨터 외부에서 표현(ADBAK)
  • 프로그램과 데이터는 동일한 형식으로 메모리에 표현된다.
    • “비트 패턴”
  • 프로그램은 명령어의 나열이다.
    • 미리 정의된 유한개의 기본 명령어의 조합으로 프로그램을 구성
    • 메모리에서 한 번에 하나씩 명령어를 가져와서 해석하고 실행된다.
    • 명령어의 재사용으로 인해 프로그래밍 작업이 간단해짐.

(3). 소프트웨어

• 모든 프로그램을 총체적으로 표현하는 용어
  • 컴퓨터가 자료를 어떻게 처리할 것인가를 규정하는 명령어들의 나열
  • 컴퓨터가 이해할 수 있도록 표현된 알고리즘

(3-1). 소프트웨어 분류

• 시스템 소프트웨어
  • 컴퓨터 자체의 작업 관리와 특정 기능의 수행을 통해 컴퓨터의 전체적인 운영을 담당
    • 운영체제, 컴파일러, 각종 유틸리티
• 응용 소프트웨어
  • 사용자가 요구하는 작업을 직접적으로 수행하는 프로그램
    • 워드프로세서, 데이터베이스 프로그램, 그래픽 프로그램, …

(4) 자료(데이터)

• 모든 자료는 비트 패턴으로 표현
  • 비트 패턴 => 이진 상태를 나타내는 비트인 0과 1이 나열된 형태
    • 폰 노이만 모델에서는 자료의 표현 및 저장 형태에 대해서는 정의하고 있지 않음
  • 자료의 입출력을 위해서는 적절한 형태로의 변환이 필요
    • 자료 (변환)> 컴퓨터 (변환)> 결과

(5) 사용자

• 사용자, 오퍼레이터
  • 컴퓨터의 설계부터 효율적인 이용에 이르기까지 전반적인 자료 처리 과정에서 유능하고 지식이 풍부한 사람의 적극적인 개입이 필요