데이터베이스강의소개 김학범 Ph.D/ Ph.D/CISSP 2009. 7. 데이터베이스 0
강의개요 (1) 강의명 : 데이터베이스 담당교수 : 김학범 중앙대학교전자계산학과 ( 90, 공학석사 ) 아주대학교컴퓨터공학과 (2001, 공학박사 ) 한국전산원 ( 91.1010 ~ 96.6) 6) 한국정보보호진흥원 (KISA) 기술표준팀장 ( 96.7~2001.8) 드림시큐리티상무이사 (2001.8~2003.1) 장미디어인터렉티브상무이사 (2003.2~2005.3) 정보보호연구소부소장 (2005.4~2007.12) SK 인포섹 솔루션기획실장 (2008.4~2009.6) 에스지알아이통합보안기술연구소기술이사 (2009.7~ 현재 ) 순천향대학교정보보호학과겸임교수 (2001.3~2009.2) 동국대학교국제정보대학원겸임교수 (2005.9~ 현재 ) 한양대학교사회교육원주말반강의 (2008.5~ 현재 ) 1
강의개요 (2) 교재및참고자료교재 각종최신인터넷자료 평가방법출석 : 10% (2/3 이상출석 ) 불참시연락및사유서 무단결석 4 회 -> F 학점 연락처 : 010-3993-0707, khb0305@sch.ac.kr 레포트 : 10% 시험 (2 회 ) : 80% 2
주요내용 1. 컴퓨터와정보화사회 2. 이동통신시스템 3. 운영체제와소프트웨어 4. 바이오인식특강 5. 스마트카드기술동향 6. 전자여권기술동향 7. 유비쿼터스컴퓨팅 8. RFID 9. 전자상거래와비즈니스 10. 데이터베이스 3
제 1 장컴퓨터와정보화사회 김학범 Ph.D/ Ph.D/CISSP 2009. 8. 데이터베이스 4
목차 정보와정보화사회 컴퓨터시스템의필요성, 기능및구조 컴퓨터의역사와발전 컴퓨터의종류 5
정보와정보화사회 6
정보란 자료 (DATA) 란자료는생활에서관찰이나측정을통해얻을수있는문자나그림, 숫자등의값 정보 (INFORMATION) 란자료를어떤주제에맞게가공하고처리해서얻은결과로서실용성이있는자료의모음 정보의조건이용자가원하는목적에맞아야한다. 의미나가치가쉽게변해서는안된다. 누구나쉽게이용할수있어야한다. 7
정보의표현 데이터의표현비트 (BIT) Binary Digit 의약자로컴퓨터에서사용되는정보표현의가장기본적인단위 2진수로표현 아날로그정보와디지털정보디지털정보란결과가확연히구분될수있는이산적인정보아날로그정보연속적으로이어지는정보 8
정보화사회 (1) 정보화 (information) 고도의정보통신기술혁신을배경으로경제와사회의중심이물질이나에너지로부터정보로이동하고, 정보를정보통신기술을사용하여사회전분야에널리확산시키는것 정보화사회 (information Society) 정보가중요한재화로인식되어정치, 경제, 사회, 문화, 환경등각분야에서다양하게활용되는사회 9
정보화사회 (2) 정보화사회의특징 정보통신을이용해보다빠르게생산및확산시키는환경이만들어짐 컴퓨터의발달로사회에자동화가확산 통신기술의발달로전자상거래의등장및재택근무가확산 10
정보화사회 (3) 교육정보화 책과, 칠판에쓰는강의에서벗어나정보과학을활용하여교육의정보화와첨단화를추진하는것 우리나라에서의교육정보화현황 11
정보화사회 (4) NEIS(National Education Information System) 현재정부에서는추진하는 e-교육행정정보서비스 목표 업무처리방식개편을통한교원업무경감 자녀의학교생활정보제공을통한학부모지적권리충족 국민을위한빠르고편리한민원서비스제공 교육행정업무의효율적처리와투명성제고 대입전형자료의전자적 One-stop 서비스제공 국가경쟁력제고를위한지식정보사회형전자정부확립 12
정보화사회 (5) 행정정보화란 행정업무의처리방식의혁신 행정서비스의질의향상 국가사회에정보기반을구축 기존의업무의자동화 행정을효율화하고간소화 국민의행정서비스욕구를충족 13
컴퓨터의필요성, 기능및구조 14
컴퓨터의필요성 컴퓨터의필요성 모든가전기기와결합하고있으며, 전기가공급되는모든기계에까지컴퓨터가활용 모든회사에서컴퓨터를업무에이용하고있으며, 이를통해매우신속하고정확한처리가가능가상현실이나모의실험을활용하면사람에게직접적인위험부담을줄일수있음 15
컴퓨터의기능 컴퓨터의기능 사람의기능에비유되는다섯가지기능을수행하며, 추가적으로통신기능을말한다. 기능의구분 입력기능 기억기능 출력기능 처리기능 통신기능 16
컴퓨터하드웨어의종류와기능 컴퓨터하드웨어란? 컴퓨터를구성하는여러부품이나기계장치와같은물리적인장비 컴퓨터하드웨어의종류 중앙처리장치, 입력장치, 출력장치, 저장장치 17
입력장치 - 키보드 키보드 용도 특성 종류 기본적인문자나숫자를입력하는입력장치 국내에서사용되는키보드는거의미국에서설계된 101 키를가진키보드에한글키를할당한형식에한글 / 영문전환키와한자키를추가한 103키보드가사용 최근에들어서는윈도우 95 용의키를추가한 106 키보드가많이이용. 주로사용되는키의형식에따라나뉨 기계식, 폼 (Foam), 돔 (Dome), 멤브레인 (Membrane), 캐퍼씨티브 (Capacitive) OLED 방식옵티머스막시무스 (113개) 아트레베데브사 (Art. Lebedev) 18
입력장치 - 마우스 마우스용도 아이콘이나메뉴등을클릭 원하는명령을손쉽게컴퓨터에게전달특성 영상편집등의그래픽작업을손쉽게할수있음 윈도우즈와같은 GUI 기반의운영체제를제어하기에유용분류 움직임의검출방식에따라 볼마우스, 광학마우스, 레이저마우스 연결방법에따라 시리얼마우스, PS/2 마우스, USB 마우스, 무선마우스 버튼의개수에따라 1 버튼, 2 버튼, 3 버튼마우스 19
입력장치 마우스 ( 검출방식에따른분류 ) - 볼마우스 볼마우스 작동원리 특성 볼의움직임을감지하고포인터의상대적인위치를계산하여포인터를이동 편평한곳이면아무곳이나얹어놓고사용가능 볼의움직임을감지하는롤러에먼지와이물질이끼면동작이원활하지못할수있음주기적으로먼지와이물질을제거 20
입력장치 마우스 ( 검출방식에따른분류 ) - 광학마우스 광학마우스 작동원리 특성 광센서와발광부를이용하여마우스의움직임을감지하는방식 먼지나이물질에대한문제가없고수명이길다 볼마우스보다더정밀함 21
입력장치 마우스 ( 검출방식에따른분류 ) - 레이저마우스 레이저마우스 작동원리 특성 광마우스의기본적인동작원리는비슷 빛을내는광원의차이 레이져광선은일반광마우스보다집속성이우수하기때문에표면의상태를더자세히입력할수있음파장이레이저가광에비해짧기때문에빛의산란이줄어들어서포인트의오작동이줄어듬보통저가마우스를고속으로이동하면마우스포인트가정상적으로이동이안되는경우가있는데이는마우스의파장때문에빛이퍼지기때문에정확한포인팅이안되는현상임 결론적으로구조상레이저가훨씬나은성능을보임 로지텍의 G9x 레이저마우스 22
입력장치 마우스 ( 연결방법에따른분류-1) 시리얼마우스 시리얼포트에연결 조립제품에서흔히사용되던방식 9 핀과 25 핀시리얼포트에연결가능 PS/2 마우스 컴퓨터의 PS/2 마우스커넥터에연결 PS/2 마우스커넥터역시키보드커넥터와같은크기로지름이 1/3인치이고마우스연결커넥터는 6 개인데이중에서 4개의핀만사용 PS/2마우스는모뎀과충돌을일으키지는않지만 IRQ 12 번을사용하여시스템에서사용할수있는인터럽트가줄어드는단점 23
입력장치 마우스 ( 연결방법에따른분류-2) USB 마우스 USB 포트에연결 별도의마우스포트가마련되지않거나키보드포트와혼용되는포트 1개만마련된노트북등에서선호 USB 마우스가선호되는가장큰이유시스템자원을아낄수있음 USB 마우스를사용하면하나의 USB 포트에여러개의장치를연결하기때문에 IRQ를아낄수있음 IRQ 란자신의운영에관하여신호를보내오는주변장치들을식별하기위해각주변장치별로미리할당해놓은장소 24
입력장치 마우스 ( 연결방법에따른분류-3) 무선마우스 블루투스이용 인터페이스에관계없이무선으로동작하는마우스 적외선으로수신기와통신 사용법 1 마우스포트에수신기를꽂음 2 테이블위에얹어놓음 3 마우스에는배터리를넣어사용 LG 전자 CM-900 USB 25
입력장치 마우스 ( 연결방법에따른분류-4) 블루투스마우스블루투스무선기술을통해별도의무선수신기없이도블루투스가탑재된노트북이나데스크탑과무선으로빠르게연결최대 10 미터 (M) 까지안정적인무선제어성능을제공하는것이특징고감도레이저센서 를탑재, 광택이나나뭇결이있는책상등일반적인광마우스가사용되기어려운표면에서도정확한커서제어와부드럽고빠른움직임을제공 이에노트북을여러장소로이동하며사용할경우, 장소에구애받지않고마우스를사용할수있어편리 로지텍블루투스마우스 M555b 26
입력장치 마우스 ( 버튼개수에따른분류 ) 하나의버튼 주로매킨토시컴퓨터에서사용 두개버튼 현재대부분의컴퓨터에서사용 세개의버튼 버튼에별도의기능을추가하여, 근래에는거의사용되지않음 27
입력장치 스캐너 스캐너 용도 컴퓨터에서편집하고표현하기위해사진, 포스터, 신문등의인쇄물및그외의자료로부터이미지를컴퓨터내부로입력목표스캐너는종이에인쇄되거나그려진이미지를높은해상도로읽어들여컴퓨터내부에전달하는것을목표분류형태에따라수동식과플랫베드형식, 읽어들일수있는색상에따라컬러와흑백스캐너로구분 28
입력장치 - 디지털카메라 디지털카메라 디지털카메라로찍은영상데이터는디지털화된정보 컴퓨터를이용하여직접처리가능 디지털카메라의성능이놀라울만큼발전 대부분의핸드폰에카메라기능이탑재되어있어서손쉽게간단한스냅사진을찍은후커넥터를이용하여컴퓨터로입력가능 29
입력장치 마이크, 터치스크린 마이크 소리데이터를디지털신호로변환하여컴퓨터내부로전달 터치스크린 손으로모니터의표면을누르면이위치를추적하여버튼을누른동작으로인식선택의정밀도가떨어짐, 작업이불편 은행의현금지급기나여객터미널등의안내단말기, 차량네비게이션등에많이사용 30
입력장치 - 지문인식기 지문인식기 비밀번호를이용한사용자인증시스템은컴퓨터의발달초기부터지금까지큰변화없이약 50여년간지속 비밀번호의노출및해킹의위험은아직도여전히곳곳에편재 지문인식이나홍채인식과같은생체인식기술의연구가지속적으로이루어져왔지만은행이나경비업체와같은특별한단체에서만소규모로이용될뿐아직까지크게대중화되지는않았음 31
출력장치 모니터 (CRT) CRT 작동원리 음극선관에설치된전자총에서전자를방출 형광체가코팅되어있는형광면을자극 빛을내어색상을표시구성전자총, 쉐도우마스크, 자기편향코일등특성 LCD 의가격이저렴해짐에따라 CRT의사용이많이줄어들고있는추세 32
출력장치 모니터 (LCD) LCD(Liquid Crystal Display) 장점 단점 LCD 판넬을이용하여크기를획기적으로줄임 CRT 모니터소비전력의약 25% 정도만소비 장시간사용해도눈에피로가없음 CRT 방식에비해화면의왜곡이없고더욱선명 화면상의상태가안정적이며색감이뛰어난장점 화면의밝기가 CRT 모니터에비해떨어짐 해상도에따른유연성이없음 33
출력장치 모니터 (LED) LED 모니터 LED 광원을이용하여저전력과친환경을구현 LED는빛을내는반도체로서이 LED 빛을제어하여무선통신을할수있다. LED로무선통신하는것을가시광무선통신 (Visible Light Communications: VLC) 이라고한다. LED는수은을함유하고있는형광등과달리수은을함유하고있지않아서친환경적이며, 5만시간이상의긴수명, 전기효율이나쁜백열등에비해 90% 전기효율향상등의장점을갖고있다. LED 응용융합은 LED 전력감소및사용시간증가에따른폐기물감소뿐만아니라, 융합에의한탄소량을감축시킬수있다. 기존기술에서조명을위한탄소량과통신을위한탄소량이필요했다면, 가시광무선통신은조명과통신을동시에할수있기에약 50% 에가까운탄소량을감소시킴 LG 전자 22 인치와이드모니터 (W2286L) LED(Light Emitting Diode) : 발광다이오드 34
출력장치 프린터 (1) 프린터의역할 컴퓨터에의해디지털화된텍스트나이미지정보를사람이이해할수있는아날로그형태로변환하여종이에출력 충격식과비충격식프린터로구분 충격식 활자키로리본을때리면종이에글자가찍히는방식 도트매트릭스프린터는저가의 PC 용프린터로군림 비충격식 잉크젯프린터 잉크카트리지에있는잉크를종이위에분사하는방식 레이저프린터 토너를원하는위치로끌어당기기위해거울로부터반사되는레이저광선을사용하는방식 35
출력장치 프린터 (2) 도트매트릭스 작동원리 작은전기식해머를이용, 인쇄핀을리본위에때려리본에묻어있는잉크성분이종이에묻게함단점인쇄시소음이큼해상도는 180DPI 정도 최근에는많이사용되고있지않음 장점여러장의종이에먹지를넣어겹쳐놓고인쇄하는것이가능 영수증인쇄등을위한업무용으로아직도많이사용유지비가거의들지않음 36
출력장치 프린터 (3) 잉크젯 (Inkjet) 작동원리 미세한잉크를용지에분사하여이미지를표현 작은점의집합으로형성되어이미지를표현 점의크기가작을수록고품질의이미지출력가능단점잉크카트리지의가격이비쌈인쇄속도가느림고장이잦음장점소음이적음프린터의가격이저렴고품질의사진출력가능 37
출력장치 프린터 (4) 레이저프린터 작동원리 특성 데이터를읽은후글씨와여백의색을구분하여토너를종이에묻히는방식 복사기의원리와동일 출력속도가빠름 선명한해상도 38
출력장치 - 스피커 용도 컴퓨터가처리한출력신호를사람이들을수있는가청영역의음성신호로변환하여출력 작동원리 모터가진동판을진동 그것과직접접촉하고있던공기가진동 본래의말또는음악신호의형태에해당하는음파가발생 39
기억장치 주기억장치 (1) 주기억장치 역할 프로그램이실행될때보조기억장치로부터프로그램이나자료를읽어들여실행시킬수있는기억장소종류와특성 40
기억장치 주기억장치 (2) 다양한형태의메모리간의단일 bit cell 의비교 메모리유형분류 41
기억장치 보조기억장치 (1) 하드디스크 여러장의둥근금속판에 magnetic 성분을입혀놓은보조기억장치 단점 : 이동이힘듬 -> 이동식디스크출시 이점 : 속도가빠르고기억용량이크다 용량 : 디스켓보다훨씬더많은양의데이터저장 빠른접근시간 : 디스켓보다훨씬빨리데이터를저장, 인출이가능 멀티미디어를위해서는반드시필요한매체 사운드, 영상등의대용량데이터요구 빠른접근시간의요구 42
기억장치 보조기억장치 (2) 하드디스크 (Cont d) 용량HDD 의구성 43
기억장치 보조기억장치 (3) 하드디스크 (Cont d) 작동원리 자성체를입힌원판형알루미늄기판을회전시키면서자료를저장하고읽고쓸수있는보조기억장치용량 1990년대중반 : 1GB급 1990년대후반 : 16GB급최근에는 160GB, 500GB, 750GB 등의대용량하드디스크세계적으로저장용량은매년 60% 씩증가가격은분기당 12% 씩하락하는추세 44
기억장치 보조기억장치 (4) CD-ROM 작동원리 용량 정보는광택이나는기층에구멍의형태로저장 레이저빛의반사정도를측정해정보를읽음 에러탐지 (error detection) 정보 데이터를저장할경우에는디스크의한쪽면만을이용 640~700MB 까지정보를저장가능 책 26 만쪽, 또는 74 분분량의음악이나비디오를저장할수있는분량 일반문서나오디오, 컴퓨터그래픽스, 비디오정보를저장하기에용이 45
기억장치 보조기억장치 (5) CDROM(Cont d) 동작원리 아크릴코팅 : 먼지와긁힘으로부터보호 상표 알루미늄이나금으로코팅 매끄러운표면위에작은피트들로인쇄 46
기억장치 보조기억장치 (6) CD ROM Drive Speeds CD 드라이브에서몇배속의의미는? 1배속은 150Kbytes/sec을의미 Audio is single speed Constant linear velocity(clv) 1.2 ms -1 Track (spiral) is 5.27km long Gives 4391 seconds = 73.2 minutes Other speeds are quoted as multiples e.g. 52x Quoted figure is maximum drive can achieve 47
기억장치 보조기억장치 (7) CD ROM 블록의형식 동기 (Sync) : 블록의시작을나타냄헤더 (Header) : 블록주소와모드바이트를포함 Mode 0=blank data field Mode 1=2048 byte data+error correction code(388 byte) Mode 2=2336 byte data 48
기억장치 보조기억장치 (8) CD-R (CD recordable) 데이터를한번또는적은횟수만복사할필요가있는응용분야를위하여개발 디스크가적당한강도의레이저광선을이용하여한번기록할수있도록준비 문서나파일보관용저장장치에적합하며, 부피가큰사용자데이터를영구적으로기록해둘수있음 CR-RW (CD Rewriteable) 위상변경 (phase change) 방식을사용 두개의서로다른상태 (state) 에서반사율이많이달라지는재료를이용 비결정상태 (amorphous state) : 분자들이임의로배치되며빛을잘반사하지못함 결정상태 (crystalline state) : 빛을잘반사하는매끄러운표면을가짐 500,000 ~ 1,000,000 번의삭제사이클동안사용가능 49
기억장치 보조기억장치 (9) DVD what s in a name? Digital Video Disk Used to indicate a player for movies Only plays video disks Digital Versatile Disk( 디지털다목적디스크 ) Used to indicate a computer drive Will read computer disks and play video disks Dogs Veritable Dinner Officially nothing!!! 50
기억장치 보조기억장치 (10) DVD-technology Multi layer Very high capacity (4.7G per layer) Full length movie on single disk Using MPEG compression Finally standardized (honest!) CD-ROM 과의비교 비트들이더욱가까이위치 CD : 나선형루프간격 1.6μm, 피트사이의최소거리 0.834 μm DVD : 나선형루프간격 0.74μm, 피트사이의최소거리 0.4 μm 용량이 7 배정도증가 (4.7G) 두번째피트들을사용 8.5G 양면가능 (17G) 51
기억장치 보조기억장치 (11) CD & DVD 1 비트들이더가까이위치 2 두번째층의피트사용가능 (8.5GB) 3 양면이가능 (17GB) 52
기억장치 보조기억장치 (12) 플로피디스크 작동원리 자성체를코팅한원형의마일러기판으로, 특별한재킷안쪽에서회전하게되어있음분류기록밀도 ( 용량 ) 에따라 2D, 2DD, 2HD 2D : 약 36 만자 (360KB) 2HD : 120 만자 (1.2MB) 크기에따라 5.25인치, 3.5인치장점재사용가능저렴한비용 53
기억장치 보조기억장치 (13) 자기테이프 자료처리가순차적으로만이루어져처리시간이느림 자기테이프에자료를추가해야하므로단순히보조기억장치로사용하기에는무리대용량의데이터를저장 중요한자료의백업 (backup) 용 54
기억장치 보조기억장치 (15) 플래시메모리 이용분야 메인보드, 그래픽카드등의바이오스 (BIOS), 디지털텔레비전, 디지털캠코더, 휴대전화, 디지털카메라, 개인휴대단말기 (PDA, 게임, MP3플레이어등장점소비전력이작음비휘발성작고가벼움 휴대성 55
중앙처리장치 (1) 역할 컴퓨터시스템전체를제어, 모든연산을처리 입력장치로부터원시자료를받아서처리 그결과를출력장치로보내는일련의과정을제어하고조정구성제어장치, 산술 / 논리장치, 레지스터마이크로프로세서의분류 CISC CPU레벨에서한번에처리할수있는다양한명령어집합을제공칩의구조가복잡 생산단가가비쌈 RISC CISC에서제공하는다양한명령어중실제자주이용되는명령어는많지않다는점에착안적은명령어집합 단순화된칩의구조 처리속도를크게향상 CISC에비해가격이저렴 56
중앙처리장치 (2) - 제어장치 제어장치 모든장치들이효율적으로동작할수있도록제어신호를보내주는장치 입력, 기억, 출력, 연산등의각작업을제어하고관리, 감독하는기능을수행 57
중앙처리장치 - 기억장치 기억장치역할프로그램의데이터나연산결과를임시로저장종류 프로그램카운터 (PC) 프로그램의수행순서를제어하는레지스터로다음에실행할명령의번지기억명령레지스터 (IR) 현재수행중인명령의내용을기억하는레지스터. 명령해독기명령레지스터에기억된명령을해독번지레지스터 (MAR) 기억장소의번지 ( 주소 ) 를기억하는레지스터. 기억레지스터 (MBR) 기억장치를통해접근되는정보가기록되는레지스터. 58
중앙처리장치 - 연산장치 역할 실제프로그램의명령을실행하며산술연산, 논리연산등각종연산을수행하는장치 특성 입력과출력을위해프로세서와메인메모리그리고입출력장치에직접액세스 출력은레지스터내에있는결과와, 수행된연산이성공적이었는지에관한상태를알려주는값들로이루어짐구성누산기, 데이터레지스터, 가산기, 상태레지스터 59
컴퓨터의역사와발전 60
컴퓨터의역사 (1) 초기의계산기 계산자 (slide rule) 17 세기스코틀랜드의수학자인존네이피어가만든공업용계산자 대수표로시작하여오트레드의도움으로완성 로그 (logarithm) 를발명 네이피어의계산봉 (Napier s Bones) 1617 년공업용계산도구발명 1642 년파스칼이만든수동식계산기의등장으로퇴장 61
컴퓨터의역사 (2) 초기의계산기 (Cont d) 파스칼린 (pascalin) 1642년세리인아버지를위해파스칼이만든계산기구세가지중요한원칙을세움 자리올림은자동적으로수행뺄셈은다이얼을역으로회전시킴으로써수행곱셉은덧셈의반복적인수행 라이프니쯔의계산기 1672년파스칼의계산기에곱셈기능추가미적분학의기초를이룬수학자 62
컴퓨터의역사 (3) 배비지의해석기관 (Analytic Engine) 영국케임브리지수학과교수인배지지가고안 1833 년미분기의후속으로제작시였으나미완성 하지만개념적으로현대의범용디지털컴퓨터를구성하는기본적인부분으로구성됨제어부분, 산술연산부분, 기억장치, 입출력장치등을포함해석기관은모든범용디지털컴퓨터의본체 18 세기에도많은시도가있었지만공학기술의한계와비용등의문제로상업적으로는성공하지못함 63
컴퓨터의역사 (4) 상업적인계산기 가산기 (adding/listing g machine) 1884 년버러프 (William Seward Burroughs) 가개발 상업적으로성공한최초의기계 현대의가산기가갖추고있는대부분의모형을갖춤 파스칼이후시작되었던기계적연산기의실현 컴프토미터 (comptometer) 1877 년펠트 (Door Felt) 가설계 여러순서에의한키구동방식의계산기 1902 년까지성공적으로사용됨 64
컴퓨터의역사 (5) 상업적인계산기 (Cont d) BOLEE MACHINE 1887년프랑스인볼레 (Leon Bollee) 는곱셈수행에있어덧셈을반복하지않고직접연산이가능한새로운기계를고안 109까지의정상적인곱셈을수행 밀리어네어 (millienaire) 볼레의원칙에입각하여제작되어스위스에서상업적으로성공을거둠곱셈연산을위해각손잡이를한번만회전시키면가능했으며다음자리로의자리이동이자동적으로가능 65
컴퓨터의세대별구분 (1) 제 1 세대 (1951~1958) 주요소자 : 진공관 연산속도 : ms(10-3 sec) 사용언어 : 기계어, 어셈블리어 제 2 세대 (1959~1964) 주요소자 : 트랜지스터 (TR) 연산속도 : μs (10-6 6sec) 사용언어 : COBOL, FORTRAN, ALGOL 등 제 3 세대 (1965~1970) 주요소자 : 집적회로 (IC) 연산속도 : ns(10-9 sec) 사용언어 : BASIC, PASCAL, LISP, PL/1 등 66
컴퓨터의세대별구분 (2) 제 4 세대 (1971~ 현재 ) 주요소자 : 고밀도집적회로 (LSI) 연산속도 : ps(10-12 sec) 사용언어 : C, ADA 등 제5세대 ( 현재 ~) 주요소자 : 초고밀도집적회로 (VLSI) 연산속도 : fs(10-15 sec) 사용언어 : Visual C, Visual Basic, Java, Delphi 등 ps : pico second, fs : femco second 67
제1세대 : 진공관 - ENIAC(1) ENIAC(Electronic Numerical Integrator And Computer) 최초의범용디지털컴퓨터 John Mauchly( 펜실바니아대학 ) 와그의제자인 John Presper Eckert 교수의감독하에개발미육군탄도연구소 (BRL) 에서제2 차대전에서사용할무기개발의일환으로개발 (1943~1946) : 전쟁에쓰기에는늦음수소폭탄의개발가능성을검토하기위해일련의복잡한계산을수행하는데처음으로사용됨으로써범용성을입증 1955년까지 BRL의감독하에계속사용됨 68
제1세대 : 진공관 - ENIAC(2) ENIAC 의세부내용 10 진수사용 기억장치 : 10자리 10진수를저장할수있는 20개의누산기 (accumulator) 로구성 : 각각 10자리의 10진수를기억산술연산도 10 진수체계에서수행스위치를이용하여수동으로프로그래밍 ( 케이블을플러그에삽입또는제거 ) 18,000 개의진공관 (vacuum tubes) 무게 : 30 tons 크기 : 1,500m2전력소모 : 140 kw 초당 5,000개의덧셈 69
제1세대 : 진공관 - 폰노이만 노이만기계 (1) ENIAC의수동식프로그래밍의문제를극복하기위해저장프로그램 (stored-program) 개념을도입저장프로그램개념 (stored-program concept) 프로그램도데이터와마찬가지로기억장치에저장하는방식이아이디어는 ENIAC 개발프로젝트의고문이었던수학자폰노이만 (John von Neumann) 에의해제안같은시기에알란튜링 (Alan Turing) 도제안함 1945 년새로운컴퓨터인 EDVAC (Electronic Discrete VAriable Computer) 의개발계획서를통해처음발표폰노이만 (von Neumann) 과그의동료들은 Princeton Institute for Advanced Studies 에서 1946 년 IAS 컴퓨터를개발을시작이컴퓨터는모든범용컴퓨터의프로토타입이됨 1952년에완성 70
제1세대 : 진공관 - 폰노이만 노이만기계 (2) IAS 컴퓨터의구성 71
제1세대 : 진공관 - 폰노이만 노이만기계 (3) 레지스터종류 기억장치버퍼레지스터 (MBR : Memory Buffer Register) 기억장치주소레지스터 (MAR : Memory Address Register) 명령어레지스터 (IR : Instruction Register) 명령어버퍼레지스터 (IBR : Instruction Buffer Register) 프로그램카운터 (PC : Program Counter) 누산기 (AC : accumulator) 와 MQ(Multiplier Quotient) 72
제1세대 : 진공관 - 폰노이만 노이만기계 (4) IAS 동작원리 명령어주기 (instruction cycle) 를반복적으로수행 명령어주기는인출주기 (fetch cycle) 와실행주기 (execution cycle) 로구성인출주기 : 주기억장치에있는명령어를읽어서중앙처리장치내부에옮겨실행할수있도록준비하는단계실행주기 : 준비된명령어를실행하는단계 73
제1세대 : 진공관 - 폰노이만 노이만기계 (5) IAS 명령어세트 데이터전송 (Data transfer) 기억장치와 ALU 레지스터사이에또는 ALU 내의두레지스터들사이에데이터를이동무조건분기 (Unconditional branch) 보통명령어를순차적으로하나씩실행하지만때로는특정위치로이동한다음에그위치부터명령어를순차적으로실행하여야하는경우에사용이명령어는무조건적으로명령어의실행위치를바꿀때사용조건분기 (Conditional branch) 위와같지만조건에따라실행위치를바꾸어주는명령어결정지점 (decision point) 을둘수있게해줌산술 (Arithmetic) ALU에의해수행되는연산들주소수정 (Address modify) ALU에서주소를계산하여기억장치에있는명령어의주소부분에삽입되게해주는명령어이명령어는프로그램에게상당한주소지정의융통성을가질수있게해줌 74
제1세대 : 진공관 - 폰노이만 노이만기계 (6) IAS 명령어세트 (Cont d) 75
제1세대 : 진공관 - 폰노이만 노이만기계 (7) IAS 명령어세트 (Cont d) 76
제1세대 : 진공관 -상용 상용컴퓨터 (1) 1950년대에는컴퓨터시장을석권한두회사들 (Sperry와 IBM) 과더불어컴퓨터산업이시작됨 1947년 Eckert Mauchly 컴퓨터회사설립 첫번째상용컴퓨터 : UNIVAC I (Universal Automatic Computer I) US Bureau of Census 1950 calculations Sperry Rand 회사의 UNIVAC 부서로흡수됨 유용한응용분야 매트릭스계산, 통계처리, 생명보험회사의보험료계산등 1950 년대후반 UNIVAC II 개발 더크고빠른컴퓨터개발 성능개선과이전모델과의호환성 호환성 (Compatibility) : 과거의시스템에서개발한프로그램이새로운시스템에서도수정없이실행될수있다는것을의미 77
제1세대 : 진공관 -상용 상용컴퓨터 (2) 1100 시리즈컴퓨터개발 UNIVAC 1103 과그후속모델들은주로복잡한계산을포함하는과학응용에적합한시스템으로개발 다른회사들은대량의문서데이터처리를포함한상업응용에집중 수년간이러한역할분담유지 IBM (International Business Machine) 천공카드 (punched-card) d) 처리장치의중요한제조회사 1953 년 - 701 IBM 의최초의전자식저장프로그램 (electronic stored program) 컴퓨터 과학응용들에사용하기위해개발 1955 년 702 상업응용에알맞은하드웨어특징이두컴퓨터들이 IBM을세계최고의컴퓨터회사가되게해준 700/7000 컴퓨터계열이최초시스템임 78
제2세대 : 트랜지스터 (1) 트랜지스터와진공관의차이 크기축소, 가격하락, 발열량감소, 실리콘으로만든고체소자 트랜지스터 : 1947년 Bell Lab. 에서개발, 1950년대후반에완전히트랜지스터화된컴퓨터들이상업적으로이용소형트랜지스터를처음개발한회사 : NCR 과 RCA IBM은 7000 계열의시스템제품들을생산하면서위의회사들과경쟁또하나의변화는더복잡한산술논리연산장치와제어유니트, 고급프로그램언어의사용및시스템소프트웨어의출현 79
제2세대 : 트랜지스터 (2) 컴퓨터의세대는사용하는근본적인하드웨어기술에따라분류 세대 연도 기술 속도 ( 연산수 / 초 ) 1 1946-1957 진공관 40,000 2 1958-1964 1964 트랜지스터 200,000 3 1965-1971 SSI 1,000,000 4 1972-1977 LSI 10,000,000 5 1978-1991 VLSI 100,000,000 6 1991- 현재 ULSI 1,000,000,000 제2세대의특징중의하나는 DEC(Digital Equipment Corporation) 의등장 PDP-1이라는컴퓨터를개발했으며, 미니컴퓨터의부흥을가져옴 80
제2세대 : 트랜지스터 (3) IBM 700/7000 시리즈의시스템들 Model Number First Delivery CPU Technology Memory Technology Cycle Time( μs ) Memory Size(K) 701 1952 Vacuum Tubes Electro- Static tubes 30 2-4 704 1955 709 1958 Vacuum Tubes Vacuum Tubes Core 12 4-32 Core 12 32 7090 1960 Transistor Core 2.18 32 7094 I 1962 Transistor Core 2 32 7094 II 1964 Transistor Core 1.4 32 81
제2세대 : 트랜지스터 (4) IBM 700/7000 시리즈의시스템들 (Cont d) Model Number Number of Opcodes Number of Index Registers Hardwired Floating Point I/O Overlap (Channels) Instruction Fetch Overlap Speed (relative To 701) 701 24 0 No No No 1 704 80 3 Yes No No 2.5 709 140 3 Yes Yes No 4 7090 169 3 Yes Yes No 25 Yes 7094 I 185 7 (double Precision) Yes Yes 30 7094 II 185 7 Yes (double Precision) Yes Yes 50 82
제2세대 : 트랜지스터 (5) IBM 7094 1952 년에 700 계열의첫시스템이소개된때부터 1964 년에 7000 계열의마지막시스템이소개될때까지, IBM의생산공정은획기적인발전을이룸 IAS와의차이점데이터채널 (Data channel) 의사용멀티플렉서 (Multiplexer) 83
제3세대 : 집적회로 (1) 제 3 세대 ( 집적회로 ) 이산부품 (discrete component) 한개의독립적인트랜지스터 1960년대까지의전자장치는대부분이산부품인트랜지스터, 저항, 커패시티등으로구성최근보드들은컴퓨터, 오실스코프및다른전자장치들에장착됨 84
제3세대 : 집적회로 (2) 미세전자공학 (microelectronics) 1958 년전자공학의혁명 디지털전자회로의크기를축소하는기술 컴퓨터에서필요한두가지전자부품은게이트 (gate) 와기억소자 (memory cell) 게이트 : 간단한부울함수 (boolean function) 를구현해주는소자기억소자 : 한비트의정보를저장할수있는소자컴퓨터기능에서두소자의역할 85
제3세대 : 집적회로 (3) 미세전자공학 (Cont d) 집적회로 (IC, Integrated Circuit) 여러소자를하나의회로로만든것 웨이퍼, 칩및게이트간의상관관계 86
제3세대 : 집적회로 (4) Moore 의법칙 Gordon Moore Intel 의공동설립자 칩의집적밀도가매년두배로증가할것임 1970년이후에는 18개월마다 2배로증가하는것으로속도가둔화되었지만아직도지속됨 Moore 의법칙의결과 1 집적밀도가증가하여도칩의가격은거의변하지않음 2 집적밀도의증가에따라소자간에통로가짧아져성능이향상 3 컴퓨터크기가작아짐으로써어떤환경에서도용이하게설치가능 4 전력소모가줄어들고냉각장치가간단해짐 5 칩간에연결이적어져납땜연결보다신뢰성이향상됨 87
제3세대 : 집적회로 (5) CPU 내트랜지스터수의증가 88
제3세대 : 집적회로 (6) IBM 의 System/360 시리즈 1964 년, 호환성있는첫컴퓨터계열 (computer family) 컴퓨터계열의특징 유사하거나동일한명령어집합사용 유사하거나동일한운영체제사용 상위모델로갈수록속도의향상, I/O 포트수의증가, 기억장치용량의증가, 가격상승속도의증가방법 ALU 내에더복잡한회로를사용하는것과실행동작을세분하여병렬처리함으로써향상 CPU와주기억장치사이의데이터통로의크기를넓힘 Model 30 에서는한번에한바이트 (8 비트 ) Model 75 에서는한번에 8 바이트를인출 89
제3세대 : 집적회로 (7) IBM 의 System/360 시리즈 (Cont d) System/360 계열의주요특성들 Characteristics Model 30 Model 40 Model 50 Model 65 Model 75 Maximum memory size (bytes) 64K 256K 256K 512K 512K Data rate from memory (Mbytes/s) 0.5 0.8 2.0 8.0 16.0 Processor cycle time( μs ) 1.0 0.625 0.5 0.25 0.2 Related speed 1 3.5 10 21 50 Maximum number of data channels 3 3 4 6 6 Maximum data rate on one channel (Kbytes/s) 250 400 800 1250 1250 90
제3세대 : 집적회로 (8) DEC PDP-8 1964 년, 첫번째미니컴퓨터 (after miniskirt!) 냉난방장치가없는룸에설치가능 크기가작아실험실탁자위에설치가능 $16,000 (IBM 360 은수십만달러 ) Embedded applications & OEM 가능 PDP-8 계열 12 년간 5 만대판매 현재까지도미니컴퓨터와마이크로컴퓨터에보편적으로사용되고있는버스구조를사용모든구성요소가같은데이터통로를공유하며, 이통로의사용권은 CPU 가조절함 91
제3세대 : 집적회로 (9) DEC PDP-8(Cont d) PDP-8 의발전경위 Model Cost of Processor +4K First 12-bit Words of Shipped Memory($1000s) Data Rate from Memory (words/ μs ) Volume (cubic feet) Innovations and Improvements PDP-8 4/65 16.2 1.26 8.0 Automatic wirewrapping production PDP-8/5 9/66 8.79 0.08 3.2 Serial instruction Implementation PDP-8/1 4/68 11.6 1.34 8.0 Medium-scale integrated circuits PDP-8/L 11/68 7.0 1.26 2.0 Smaller cabinet PDP-8/E 3/71 4.99 1.52 2.2 Omnibus PDP-8/M 6/72 3.69 1.52 1.8 Half-size cabinet with fewer slots than 8/E Semiconductor PDP-8/A 1/75 2.6 1.34 1.2 memory; floatingpoint processor 92
3세대이후 (1) 대규모집적회로 (LSI : Large Scale Integration) 1,000 개이상의부품들이한개의 IC 칩에집적 초대규모집적회로 (VLSI : Very Large Scale Integration) 칩당 10,000 개이상의부품들을집적 극초고밀도집적회로 (ULSI:Ultra Large Scale Integration) 현재는 1,000,000 개이상의부품들을집적 반도체기억장치 (Semiconductor Memory) 집적회로기술은프로세서뿐만아니라기억장치에도적용가능 반도체기억장치는 1970년도에처음개발되었음. 기존기억장치보다크기나성능이우수하였으나가격경쟁력이없었음 1974년이후부터는모든면에서기존기억장치를앞질렀으며, 저장공간의크기와성능은계속향상되어현재는수기가비트용량의반도체메모리칩이등장 (1K, 4K, 16K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 64M, 256M, 1G, 4G, 16G, 32G, 64G) 64 93
3세대이후 (2) 마이크로프로세서 인텔은 1971 년최초로하나의칩에 CPU 의모든구성요소를포함하는모델명 4004라는 4비트마이크로프로세서를개발 마이크로프로세서의중요 milestone 1972 년 : 첫 8 비트프로세서 Intel 8008 1974 년 : 첫범용마이크로프로세서 Intel 8088, 8 비트 1978 년 : 첫 16 비트프로세서 Intel 8086 1981 년 : 첫 32 비트프로세서 (HP, 벨연구소 ) 1985 년 : 자체개발한 32 비트프로세서 Intel 80386 1991 년 : Intel 80486 1993 년 : Pentium 1995 년 : 첫 64 비트프로세서탑재 Pentium 2000 년 : Pentium 4 2001 년 : Itanium 개발 94
3세대이후 (3) 마이크로프로세서 (Cont d) 인텔마이크로프로세서들의발전경위 ( 70 (70 년대 ) 1970s Processors 4004 8008 8080 8086 8088 Introduces 11/15/71 4/1/72 4/1/74 6/8/78 6/1/79 Clock speeds 108 KHz 108 KHz 2 MHz 5 MHz, 8 MHz, 10 MHz 5 MHz, 8 MHz Bus width 4 bits 8 bits 8 bits 16 bits 8 bits Number of transistors 2,300 3,500 6,000 29,000 29,000 Feature size (µm) 10 6 3 6 Addressable memory 640 bytes 16 KBytes 64 KBytes 1 MB 1 MB Virtual memory - - - - - 95
3세대이후 (4) 마이크로프로세서 (Cont d) 인텔마이크로프로세서들의발전경위 ( 80 (80 년대 ) 1980s Processors 80286 386TM DX 386TM SX 386TM DX CPU Introduces 2/1/82 10/17/85 6/16/88 4/10/89 Clock speeds 6 MHz~ 12.5 MHz 16 MHz~ 33 MHz 16 MHz~ 33 MHz 25 MHz~ 50 MHz Bus width 16 bits 32 bits 16 bits 32 bits Number of transistors 134,000 275,000 275,000 1.2 million Feature size (µm) 1.5 1 1 0.8-1 Addressable memory Virtual memory 16 megabytes 1 gigabytes 4 gigabytes 4 gigabytes 4 gigabytes 64 64 terabytes terabytes 64 terabytes 96
3세대이후 (5) 마이크로프로세서 (Cont d) 인텔마이크로프로세서들의발전경위 ( 90 (90 년대 ) 1990s Processors 486TM DX Pentium Pentium Pentium II Introduces 4/22/91 3/22/93 11/01/95 5/07/97 Clock speeds 16 MHz~ 133 MHz 60 MHz~ 166 MHz 150 MHz~ 200 MHz 200 MHz~ 300 MHz Bus width 32 bits 32 bits 64 bits 64 bits Number of transistors 1.185 million 3.1 million 5.5 million 7.5 million Feature size (µm) 1 0.8 0.6 0.35 Addressable memory Virtual memory 64 4 gigabytes 4 gigabytes gigabytes 64 64 64 terabytes terabytes terabytes 64 gigabytes 64 terabytes 97
3세대이후 (6) 마이크로프로세서 (Cont d) 인텔마이크로프로세서들의발전경위 ( 최근 ) Recent Processors Pentium III Pentium 4 Itanium Itanium 2 Introduces 2/26/99 11/2000 2001 2002 Clock speeds 450 ~ 660 MHz 1.3 ~ 1.8 GHz 700 ~ 800 MHz 900MHz ~ 1 GHz Bus width 64 bits 64 bits 64 bits 64 bits Number of transistors 95 million (0.25) 42 million (0.18) 25 million (0.18) 220 million (0.18) Feature size (µm) 0.25 0.18 0.18 0.18 Addressable 64 64 gigabytes 64 gigabytes 64 gigabytes memory gigabytes 64 Virtual memory 64 terabytes 64 terabytes 64 terabytes terabytes 98
3세대이후 (7) 마이크로프로세서 (Cont d) 인텔마이크로프로세서들의발전경위 ( 최근 ) Recent Processors Celeron Processor 440 ( 셀러론콘로 ) Pentium 2 Dual-Core Processor E2160 Introduces 6/2007 5/2007 Clock speeds 2.0 GHz 1.8 GHz Bus width 64 bits 64 bits System Bus 800MHz 800MHz L1 Cache Memory 8way data cache 32KB 8way data cache 32KB 8way Instruction cache 32KB 8way Instruction cache 32KB L2 Cache Memory 512KB 1M 코어형태 싱글코어 / 콘로-L(Conroe-L) 듀얼코어 / 콘로 (Conroe) 제조공정 CPU 회로전선굵기 65nm 공정 (1nm, 10 억분의 1m) CPU 회로전선굵기 65nm 공정 (1nm, 10 억분의 1m) 99
컴퓨터의종류 (1) 처리능력에따른분류슈퍼컴퓨터 (Super Computer) 기상예측이나자연과학, 공학, 주식, 매매예측, 기타연구설계, 군사용등으로사용대형컴퓨터 (Mainframe Computers) 대학, 금융기관, 보험, 증권회사, 은행, 각종연구기관등에서사용미니컴퓨터 (Mini computer) 대형컴퓨터에비해가격이저렴하고운영이용이해학교, 각종단체등에서사용워크스테이션 (workstation) 미니컴퓨터와퍼스널컴퓨터의중간단계에있는컴퓨터퍼스널컴퓨터 (Personal Computer) 공공단체나기업에서는개인의업무처리에사용 100
컴퓨터의종류 (2) 사용목적에따른분류 전용컴퓨터 (dedicated computer) 잠수함이나미사일, 항공기등의궤도를추적하는군사용및산업공정제어나예약시스템과같은민간용등에도응용이가능프로그램이내장되었기때문에처리속도가빠름 범용컴퓨터 (general purpose computer) 과학기술에필요한수치를계산하거나, 기술계산용, 기업업무, 사무처리분야등에서이용 101
컴퓨터의종류 (3) 자료의표현방법에의한분류 아날로그컴퓨터 (Analog Computer) 특수목적용컴퓨터 연속적인물리량을이용해서데이터를처리 다양하고끊임없이연속되는자료를처리할때사용 디지털컴퓨터 (Digital Computer) 범용성컴퓨터 이산적데이터처리 하이브리드컴퓨터 (Hybrid Computer) 특수목적용컴퓨터 아날로그와디지털컴퓨터의장점을혼합한컴퓨터 102
BRL(Ballistics Research Laboratory) 새로운무기를위한사정거리와궤도표를작성하는책임을지고있는기관이표들을정확하게제한된시간내에작성하는데어려움이있었음 200명이상의직원을고용하여소형계산기를사용하여탄도방정식을품한사람이한개의무기를위한표를준비하는데몇시간 ~ 몇일이소비됨 103