전기적 컴퓨팅 - 컴퓨터 역사

Eletronic Computing

스위치 역사

컴퓨팅의 역사는 스위치의 역사와도 유사하다. 전기가 흘렀다 끊어졌다 하는 두 가지의 상태를 이용해서 계산기는 작동하기 때문이다.

컴퓨팅의 역사: 기계식 컴퓨팅 -> 전자식 컴퓨팅 -> 반도체 컴퓨팅
스위치의 역사: Relay(계전기) -> 진공관 -> 트랜지스터

Relay 계전기

전류 제어 역할을 하는 코일에 전기가 흐르면, 자기장의 힘을 통해 스위치가 닫혀서 전기가 흐른다. 코일에 전기가 끊키면, 자기장이 없어져 스위치가 다시 열리고 전기가 끊킨다. 참고로 이러한 역할을 하는 전자부품을 현재에선 '다이오드'라고 부른다.

그런데 물리적 스위치를 사용하다보니 마모가 되고 나방과 같은 벌레가 기계장치에 들어가서 전류 흐름 제어를 방해하는 일이 종종 발생했다. 오랜 시간동안 계산을 하다가 중간에 고장이 나면 새로 계산을 해야했기 때문에 큰 문제였다.

Vaccum tube 진공관

그래서 물리적 스위치를 전기적 스위치로 바꾸려고 시도를 한다. 그래서 나온 것이 3극 진공관이다. 열전자 방출 원리 기반이다. 진공 공간에서 한 선에 전류가 흘러서 열이 발생하면, 음이온을 방출한다. 이 음이온은 진공을 거쳐 옆에 있는 다른 선으로 이동해서 전류가 흐른다. 나머지 한 선은 제어선이다. 음이온방출을 통해 방출된 음이온은 양전하 진공 공간일 때만 다른 선으로 전류가 흐른다. 이 제어선의 전류 유무에 따라 진공 공간을 양전하로 또는 음전하로 변화시키면서 전류가 흐르고 안 흐르고를 결정할 수 있다. 즉, 전기적으로 스위치 역할을 하는 부품을 만든 것이다.

이 전기적 스위치를 통해 기계식 컴퓨팅에서 전자식 컴퓨팅으로 전환이 된다. 전자식 컴퓨터로 유명한 것은 ANIAC 이다. 펜실베니아 대학에서 만들었다. 그 당시에 계산 속도의 큰 발전이었다. 그 시점을 기준으로 전체 인류가 할수 있는 계산보다 많은 계산을 할 수 있었다고 한다. 하지만 진공관은 Relay보다는 낫지만 유리로 만들어져 비싸고 고장이 잘나서 자주 교체해줘야 했다.

Transistor 트랜지스터

1947년 벨 연구소에서 '트렌지스터'를 발명하면서 진공관 문제를 해결하였다. 트랜지스터는 반도체를 사용한다. 게이트에 제어선을 연결해서 전기가 흐르면 반도체의 전도를 변경할 수 있다. 전도를 전기적으로 제어함으로써, 스위치 역할을 할 수 있게 된다. 트랜지스터는 작게 만들 수 있고, 고형물질이라 안정적이었다. 더구나 스위칭 성능도 더 좋았다. 덕분에 컴퓨터를 작게 만들 수 있었다.

트랜지스터는 실리콘밸리를 탄생하게 했다. 많은 반도체와 트랜지스터 개발이 캘리포니아의 샌프란시스코와 샌조스 사의 Santa Clara Valley에서 이루어졌다. 반도체를 만드는 데에 일반적으로 실리콘이 사용됐다. 그래서 이 지역이 실리콘 밸리라고 알려지게 됐다.

질문

• CPU는 어떻게 만들어지는가? 제조 과정이 궁금하다.
• 트랜지스터와 다이오드는 무엇이 다른가?