*이번 뉴스레터는 한국기계산업진흥회에서 발행하는 KOAMI Insight 매거진에 기고한 내용을 바탕으로 작성되었습니다.



Fig.1 컴퓨터의 시작은 계산기


[Figure.1 파스칼의 계산기]

컴퓨터가 나오기 전에 계산은 계산자나 미리 계산을 해둔 계산표를 가지고 하는 것이 보편적이었습니다. 그리고 이러한 기구를 이용해서 ‘계산하는 사람’을 컴퓨터라고 불렀죠. 하지만 사람이 하는 일이다 보니 오류가 있었고 이를 해결하기 위해 계산하는 기계, 계산기 발명 시도가 있었습니다.



[Figure.2 라이프니츠의 계산기]

기계식 계산기가 처음 등장한 것은 1623년 빌헬름 시카르트Wilhelm Schickard 에 의해서였습니다. 6자리 숫자의 덧셈과 뺄셈을 수행할 수 있는 기계였죠. 이후 1642년에는 파스칼에 의해 기계식 계산기가 개발되었고, 1671년 라이프니츠에 의해 곱셈, 나눗셈까지 가능한 사칙연산 계산기가 등장했습니다. 하지만 단순 계산기가 아닌 본격적인 현대 컴퓨터의 개념을 처음으로 제시한 것은 찰스 배비지Charles Babbage 였죠.



[Figure.3 차분기관의 일부]

1821년 찰스 배비지는 천문학자 존 허셜John Herschel 과 함께 수치 계산표를 검산하고 있었습니다. 그런데 계산표에서 오류를 발견했고, 계속해서 오류가 나타나자 화가 난 배비지는 본인이 직접 증기기관을 이용한 계산 기계를 만들 생각을 하게 됩니다.

배비지는 영국 정부로부터 재정 지원을 받아 증기기관으로 작동하는 계산기를 만들기 시작해 1832년 샘플에 해당하는 모델을 만들었습니다. 배비지는 자동으로 계산하기 위해 곱셈을 덧셈으로 바꿔서 복잡한 계산을 단순하게 만들어주는 계산 방식인 차분법을 사용했기 때문에 이 기계를 차분기관이라고 불렀죠. 하지만 차분기관은 끝내 만들어지지 못했습니다. 1834년까지 차분기관 제작에 진척이 없어 정부 지원금이 끊겼거든요.

하지만 배비지는 멈추지 않았습니다. 그 해 명령어를 입력해 다양한 일을 처리할 수 있는 기계의 아이디어를 떠올렸죠. 이 기계는 해석기관이라고 불렸으나 역시 설계도만 있을 뿐 실제로 제작되지는 않았습니다. 이 해석기관을 이해한 에이다 러브레이스Ada Lovelace 는 만들어지지도 않은 해석기관을 이용해 베르누이 수를 구하는 알고리즘을 작성했는데 이것이 최초의 컴퓨터 프로그램이죠.

참고로 완성되지 않은 찰스 배비지의 차분기관은 1991년 런던 과학박물관에서 배비지 탄생 200주년을 맞이해 완성합니다.



Fig.2 직조기에서 시작된 IBM?


[Figure.4 자카르의 천공카드를 이용한 베틀 ⓒthoughtco.com]

18세기 중반 태엽 달린 기계 장치들은 오르골처럼 실린더 위의 돌기나 구멍을 이용해 움직임을 반복했습니다. 이것을 산업 분야에서 처음 사용한 곳은 섬유산업이었죠. 1725년 바실레 부숑Basile Bouchon 이 천공카드를 이용해 베틀을 제어하는 방법을 발명하고 1805년 조셉 마리 자카르Joseph Marie Jacquard 가 산업적으로 완성하죠. 자카드의 베틀을 본 나폴레옹과 조세핀은 자카드 베틀에 대한 특허를 부여했고, 그 대가로 자카드는 3,000프랑의 연금과 6년가 베틀마다 로열티를 받았습니다.



[Figure.5 허먼 홀러리스의 천공카드]

19세기 후반 미국에서는 노예제가 폐지되면서 인구가 급속하게 늘었고, 세금을 거두기 위한 인구조사를 빠르게 해야 했죠. 허먼 홀러리스Herman Hollerith 가 섬유 산업에 쓰이던 천공카드를 도입해 인구조사에서 얻은 결과를 한 사람당 한 장의 카드에 저장하는 방식을 개발하죠. 홀러리스 천공카드 기계의 가장 큰 혁신은 전기의 사용이었습니다. 홀러리스의 기계는 천공카드에 구멍이 있으면 금속 바늘이 구멍을 통과해 수은에 닿아 전기신호를 전달하는 원리였습니다. 홀러리스는 TMC라는 회사를 설립해 천공카드 기계를 납품하면서 천공카드는 인구통계, 보험, 군수 관리 등에 쓰이게 되었습니다. 그리고 TMC는 훗날 IBM이 되죠.



Fig.3 전쟁이 만들어낸 컴퓨터


[Figure.6 봄베]

2차 세계대전 당시 연합군은 독일군의 암호화 장치 에니그마로 인해 어려움을 겪고 있었습니다. 영국의 비밀정보국은 에니그마 해독을 위해 과학자들을 모아 암호해독 전담팀을 만들었죠. 이때 차출되었던 앨런 튜링Alan Mathison Turing 이 1939년 봄베 컴퓨터를 개발합니다. 이 봄베 컴퓨터 제작에 관한 영화가 바로 이미테이션 게임이죠.



[Figure.7 1943년 콜로서스 mk2 의 모습]

하지만 곧이어 에니그마의 상위 버전인 로렌츠 암호전신기가 등장하며 봄베보다 더 성능이 좋은 암호해독기가 필요해졌습니다. 그렇게 개발하게 된 것이 콜로서스입니다. 콜로서스는 당시 최신 기술인 진공관을 사용했는데요. 진공관은 쉽게 망가지는 문제가 있었습니다. 이에 대한 해결책은 장치를 끄지 않는 것이었죠. 장치를 끄지 않으면 진공관의 온도가 급격히 올라가거나 내려가 생기는 충격을 피할 수 있었거든요. 그리하여 1943년 1,500여 개의 진공관과 릴레이만으로 완성된 디지털 컴퓨터 콜로서스가 개발됩니다. 콜로서스는 노르망디 상륙작전 등에 중요한 역할을 해냈죠.



[Figure.8 에니악의 일부 모습]

1943년 영국이 콜로서스를 만들었을 때, 미국은 대공 미사일 시스템을 만들기 위한 컴퓨팅 장치를 만들기 시작합니다. 벨 연구소에서 담당했던 이 프로젝트에는 레이더와 같은 다른 장치로부터 직접 데이터를 받기 위해 전기회로를 사용한 컴퓨팅 기계를 개발하죠. 2년에 걸쳐 제작된 이 기계가 바로 에니악으로 농구장만한 크기를 자랑했습니다. 진공관은 총 17,468개가 사용되었는데 역시 전원을 끄지 않는 것으로 진공관 고장을 예방했습니다.

에니악이 하나의 문제를 풀고 난 다음 다른 문제를 풀기 위해서는 복잡한 전선을 사람들이 일일이 다시 연결해야 했습니다. 그래서 문제를 푸는 데는 금방이었으나 전선을 연결하는 작업에는 며칠씩 걸렸죠. 이러한 에니악을 본 폰 노이만John von Neumann 은 데이터뿐만 아니라 컴퓨터 프로그램도 코드로 만들어 컴퓨터에 입력해야 한다는 내장형 프로그램 개념을 떠올립니다. 이 프로그램 내장 방식은 오늘날 컴퓨터의 기원이 됩니다. 폰 노이만은 1945년 에니악 개발팀과 논의한 끝에 새로운 <에드박 보고서 1차 초안> 보고서를 제작하고, 이 방식을 바탕으로 1951년 에드삭이 개발됩니다.



Fig.4 튜링의 만능기계

사실 컴퓨터에 대한 아이디어는 봄브와 콜로서스, 에니악이 등장하기 전부터 있었습니다. 1936년 앨런 튜링의 <계산 가능한 수에 관하여, 수리 명제 자동생성 문제에 응용>이라는 논문에 처음 등장했죠. 이 논문은 수학자 힐베르트David Hilbert 의 생각이 틀렸음을 증명하기 위해 썼던 것이었는데요. 힐베르트의 생각은 지금까지 수학자들이 어떠한 문제를 증명하기 위해 해왔던 과정은 몇 개의 추론 규칙을 반복해서 적용하는 것이 전부이며, 이런 규칙들을 찾아서 자동으로 추론해 주는 기계를 만들면 수학자들이 더 이상 고생하지 않으리라는 것이었죠. 이에 앨런 튜링이 ‘만능기계’를 제시해 이 만능기계가 못 푸는 문제가 있음을 보임으로서 힐베르트가 틀렸음을 증명합니다. 이 만능기계의 원리가 폰 노이만의 프로그램 내장 방식의 유래가 됩니다.