파스칼린

파스칼린(Pascaline)

블레스 파스칼(Blaise Pascal)

파스칼린(Pascaline)은 프랑스 출신의 수학자이자 철학자인 블레스 파스칼(Blaise Pascal)이 만든 최초의 계산기이다. 톱니바퀴를 이용한 수동계산기로서, 입력 다이얼(Dial)을 사용하여 덧셈과 뺄셈이 가능했다.

개요

블레스 파스칼은 프랑스 출신의 수학, 과학, 철학가로서, 그 당시 세금을 계산하는 공무원이었던 아버지의 밑에서 어린 시절을 보내게 되었다. 오늘과 같이 전자계산기가 있는 것도 아니고 오로지 사람의 수작업에 의지했기 때문에 세금을 계산하는데 하나하나 글을 작성하며 계산을 했고, 이에 오랜 시간이 소요됐다. 실수라도 하면 큰 피해가 있었기에 수많은 검산과 노력이 필요했기 때문이다. 파스칼은 어린 시절 밤늦게까지 세금계산으로 고생하시는 아버지의 모습을 보며 기계를 사용하여 더욱 편하게 계산을 하는 장치를 발명하고 싶다는 생각을 하며 자랐다. 이로 인해 파스칼은 톱니바퀴를 사용하여 만든 최초의 수동식 계산기를 만들게 되었다. 블레드 파스칼이 개발한 파스칼린은 여러 개의 톱니바퀴를 맞불려서 돌아가게 되고 0 ~ 9까지 10진수의 기법을 사용하여 십만 자리까지 계산을 사용할 수 있었다. 오늘날 계산기와는 다르게 덧셈과 뺄셈, 자리 올림 기능까지만 사용할 수 있었다. 일의 자리를 나타내는 톱니바퀴가 시계방향으로 1회전 하면 숫자 1이 올라가고 9에서 10으로 가는 경우에는 십의 자리 숫자가 1이 올라가고 일의 자리는 다시 0부터 시작하게 된다. 십진수 기법을 사용하여 톱니바퀴 한 단위 1/10을 회전 하는 방식으로 가산기로 만들어 졌다. 다이얼에 의하여 십진수를 표시하는 6개의 원판이 두 개로 이루어져 있고, 각 원판에는 0부터 9까지의 십진수가 적혀 있어 유리를 통해 한 번에 하나의 숫자만 볼 수 있도록 설계가 되었다. 다이얼을 이루는 두 개의 집합은 각 수를 기억하는 레지스터(register)로 사용되었고 하나의 레지스터는 계산 결과를 누적하는 누산기(accumulator)의 역할을, 다른 하나는 누산기에 더하거나 빼는 값을 저장하는 데 사용되었다.

파스칼은 1645년에 처음으로 자신이 만든 기계를 대중에 공개하기 전까지 50개의 시제품을 만들어 시험해 보았고 이후 10년 동안 기계를 계속 개선해나가면서 약 20여 개를 더 만들어 냈다. 파스칼은 자신이 만든 계산기에 대한 자부심과 함께 계산기의 장점을 부각했다. 파스칼은 톱니바퀴를 사용하여 굉장히 정교하고 케이스를 사용함으로 튼튼하고 내구성이 우수하다고 주장했다. 기계의 견고함에도 불구하고 바퀴가 손으로 작동하기 때문에 움직일 때 편하고 계산은 간단하고 빠른 특징을 가지고 있다. 게다가 톱니바퀴를 이용한 수동계산기는 실수의 위험이 존재하지 않기에 완벽에 가까워 보였다 하지만, 수동계산기는 일을 능률적으로 처리할 수 있었지만, 덧셈과 뺄셈이외의 연산은 할 수가 없다는 단점 때문에 큰 관심을 끌지 못했다. 하지만 톱니바퀴를 이용한 수동계산기의 탄생은 점차 유럽을 시작으로 하여 전 세계적으로 기계식 수동 계산기 개발을 촉발하는 계기가 되었고 훗날 독일의 수학자이자 철학자인 고트프리트 라이프니츠(Gottfried Leibniz)가 만든 라이프니츠 계산기가 탄생하게 되었다. 이는 오늘날의 컴퓨터의 모델이 되는 제품이다. 파스칼이 발명한 이 계산기는 구두 상자 정도로 작은 크기였지만 계산기 발달에 세 가지 원칙을 세웠다. ‘첫째자리 올림은 자동으로 수행해야 한다.', '둘째 뺄셈은 다이얼을 역으로 회전시킴으로 가능하다.', 셋째 곱셈은 덧셈의 반복적인 수행으로 가능하다.’ 이고, 현재에도 이 세 가지 원칙은 많은 부분에서 사용되고 있다. 오늘날에는 20여 대의 기계 중에서 수동계산기 9개만이 현존하고 있다.

주요 인물

블레스 파스칼(Blaise Pascal)은 프랑스의 수학자이자 물리학, 신학, 철학자로서 현대 확률 이론의 기초를 닦았다. 파스칼은 최초의 계산기인 파스칼린을 발명했으며 기압 변동의 원인에 관한 이론을 더욱 검증했다. 프랑스 중남부에 위치한 클레르몽페랑(Clermont-Ferrand)에서 1623년 6월 19일 태어난 파스칼은 네 자녀 중 세 번째이자 외아들로 태어났다. 그의 어머니는 파스칼이 어렸을 때 세상을 떠났고 친누나들과 함께 자랐다. 그의 아버지는 세금 징수원이자 재능있는 수학자였다. 파스칼의 가족은 1631년에 파리로 이사를 하였고, 그는 파스칼의 아버지는 파스칼에게 아동 신동 교육을 하기로 결정하여 비정통적인 커리큘럼을 설계하고 파스칼이 자신의 타고난 호기심을 표현할 수 있도록 했다. 파스칼은 어릴 적부터 기하학에 너무 매료되어 고전 과목에 집중할 수 없을 정도였고 초기 수학 단계를 생략했다고도 전해진다. 파스칼 교육의 시작은 언어, 특히 라틴어와 그리스어에 맞춰졌다.

그 당시 수학이 금지된 주제라는 사실은 12세에 알게 되고 오히려 스스로 기하학을 탐구하기 시작하며 더욱 흥미를 느끼게 되었다. 그는 공식적인 수학적 용어를 배우지 않고 자신의 용어를 만들었고 삼각형 각도의 합이 두 개의 직각과 같다는 것을 알아냈다. 또한 파스칼은 1642년 아버지의 세금 계산 작업을 더 쉽게 하는 장치를 떠올리게 되고 이에 영감을 받아 파스칼린이라는 계산기를 발명해내기도 했다. 파스칼은 23살의 나이로 불의의 사고를 당하여 재활 치료를 받는 중 네덜란드 신학자인 코넬리우스 얀센(Cornelius Jansen)을 만나게 되고 이후 여러 신학 분야에 대해서도 의견을 내세우기도 했다. 이후 도박에 관한 확률이라는 제목으로 확률론을 발표하기도 했다. 파스칼은 1662년 39세의 나이로 파리에 있는 여동생의 집에서 악성 위종양으로 결국 사망하게되었다. 파스칼의 발명품과 발견은 기하학, 물리학 및 컴퓨터 과학 분야의 발전에 중요한 역할을했으며 라이프니츠 및 아이작 뉴턴(Isaac Newton)과 같은 17세기 선구자에게 영향을 미쳤다. 그리고 20세기 동안 파스칼 단위(Pa)는 사상가의 이름을 따서 대기압 이해에 대한 공헌과 무게로 추정할 수 있는 방법을 기리기 위해 사용되고 있다. 1960년대 후반 스위스의 컴퓨터 과학자 니클라우스(Nicklaus Wirt)는 파스칼의 이름을 따서 컴퓨터 언어를 개발하였다.

작동원리

수동계산기의 내부를 보며 크게 세 가지로 나뉘게 되는데, 값을 입력하는 입력 다이얼(input dial)과 값을 계산하는 처리 장치(add), 출력값을 실린더에 보여주는 넘버 휠(number wheel)로 나누어진다. 옛날 전화기를 보면 다이얼을 돌려서 원하는 번호를 입력하는 원리가 톱니바퀴를 이용한 수동계산기에서 왔다. 또한 일상생활 속에서 카지노 룰렛의 원리와 비슷하다. 원하는 값을 얻기에 입력 다이얼을 돌려서 값을 지정한다. 하면 입력 다이얼과 연결된 톱니바퀴가 내부의 처리를 담당하는 메커니즘과 맞물려서 돌아가게 되고 출력값을 담당하는 실린더는 처리 톱니바퀴의 회전에 의해 그 값이 결정된다. 입력 다이얼과 맞물리는 톱니를 크라운 휠(crown wheel)이라 하고 바로 맞은편에 있는 톱니바퀴는 누산기의(accumulator) 역할을 한다. 누산기의 역할을 하는 톱니에 멈춤 쇠(backstop pawl)가 달려있어 일정한 값을 지정하는데 오차 없이 계산값을 출력하게 해준다. 예를 들어 룰렛의 같은 경우 룰렛이 돌아가다가 어떠한 영역에 멈춰야 하는데 그때 멈춤 쇠로 인해 특정 값에 멈추게 된다.

파스칼린 내부

이같이 톱니바퀴를 이용한 수동계산기에도 입력 휠을 통해 값을 돌릴때 정확한 값이 실린더에 나오도록 역할을 한다. 누산기의 역할을 하는 톱니바퀴에 추가적으로 작은 톱니바퀴 하나를 더 붙인다. 이는 출력값이 지정되는 실린더와 맞물려서 실린더가 회전하게 되고 1개의 톱니가 회전을 할 때마다 값이 달라진다. 실린더는 톱니의 거리에 따라 맞게 0부터 9까지의 숫자가 적혀있다. 실린더에 붙어있는 작은 톱니바퀴를 피니언(pinion)이라 한다. 우측의 그림에서 보면 파란색 톱니바퀴가 입력 다이어, 노란색 톱니바퀴 부분이 누산기의 역할을 하고 빨간색 실린더는 출력값을 보여준다. 실린더 바로 오른쪽에 있는 멈춤쇠도 볼 수 있다. 톱니바퀴를 이용한 수동계산기는 9의보수 즉 10진법을 사용한다. 때문에 0부터 9까지 숫자를 표현할 수 있다. 9에서 0으로 될 때에는 입력 다이얼 톱니바퀴의 붙어있는 소트오르(sautoir)를 사용하여 바로 윗자리의 숫자를 넘겨주는 역할을 한다. 예를 들어 $35+47$을 계산한다고 하면, 초기의 값을 0으로 모두 맞춘다. 기본값에 35를 지정해주고 그다음 3을 4칸만큼 시계방향으로 움직여 7로 만들어준다. $5+7=12$ 이기에 십의 자리가 반환됨으로 일의 자리 다이얼을 5칸 움직여 2로 만들어준다. 그러면 운반 메커니즘에 의해 소트오르가 움직여 십의 자리 실린더를 8로 만들어 준다. 그러므로 올바른 값인 82가 나오게 된다. 뺄셈은 이와 반대로 모든 실린더의 값을 9로 맞추어주고 출력값이 두 가지가 존재하는데 수평 슬랫을 밑으로 내리면 된다. 그다음 덧셈과 같이 시계방향으로 원하는 값만큼 다이얼을 돌려주어 계산 하면 된다.

운반 매커니즘

소트오르(sautoir)

톱니바퀴를 이용한 수동계산기의 운반 메커니즘은 소트오르(sautoir)이다. 옆의 그림을 보면 자세히 나와있다. 하나의 바퀴에 갈고리 모양으로 멈춤 쇠가 달려있다. 옆의 바퀴는 입력 바퀴와 연결된 톱니바퀴이다. 만약 19에서 20으로 값이 변한다면 십의 자리 숫자를 2로 바꾸어 주어야 한다. 오른쪽 톱니바퀴를 보면 파란색 점(carry pin) 두 개가 있다. 소트오르는 입력 다이얼 톱니바퀴와 맞물려 있음으로 캐리 핀이 회전하여 멈춤 쇠를 서서히 올리게 되고 일의자리 숫자가 0에서 9로변환이 될 때 멈춤 쇠가 내려가게 되어 올림 차수를 해내게 된다. 꼭 일의 자리뿐만 아니라 어떠한 자리수에도 해당이 된다. 소트오르의 멈춤 쇠가 내려갈 때의 작용의 힘으로 숫자가 옆의 톱니바퀴의 1개의 톱니만큼 값이 변하게 된다.

9의 보수

파스칼 계산기는 10진수 즉 9의 보수의 값을 사용했기 때문에 0에서 9까지의 값만 표현되고 10이 되는 순간에 값을 윗자리수를 넘겨준다. 공식으로 나타내면 한자리 십진수 숫자의 보수는 $X-a$ 이다 9의 보수를 사용하니 $9-a$가 된다. 예를 들어 9의 6의 보수는 3이 된다. $C9(a)=9-a$, $C9(6)=9-6=3$ 이다. 따라서 10진수 기계에서의 보수는 $C9=10$의 $n$승 $-1-a$ 이다.

$C9(a-b)=10^{n}-1-a,C9(a-b)=10^{n}-1-(a-b)$
$C9(a-b)=10^{n}-1-a+b$
$C9(a-b)=C9(a)+b$

참고자료

• 정영애 교수, 〈파스칼 라인(Pascal line)〉, 《전국과학관길라잡이》
• Daniel Temam, 〈The Pascaline, the “machine that relieves the failure of memory”〉, 《bibnum》
• Mechanical Computing, 〈How the Pascaline Works〉, 《유튜브》, 2012-03-10
• Editors, 〈Blaise Pascal Biography〉, 《biography》, 2020-06-15

같이 보기

• 블레스 파스칼
• 라이프니츠 계산기
• 계산기
• 컴퓨터

이 파스칼린 문서는 컴퓨터에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

개발 : 프로그래밍, 소프트웨어, 데이터, 솔루션, 보안, 하드웨어, 컴퓨터 □■⊕, 사무자동화, 인터넷, 모바일, 사물인터넷, 게임, 메타버스, 디자인 컴퓨터 종류 PC • 넷북 • 노트북 • 데스크톱 • 마이크로컴퓨터 • 매킨토시 • 미니컴퓨터 • 서버컴퓨터 • 서피스 • 슈퍼컴퓨터 • 스마트워치 • 스마트폰 • 슬레이트PC • 양자컴퓨터 • 울트라북 • 워크스테이션 • 웨어러블 컴퓨터 • 조립컴퓨터 • 카PC • 컴퓨터 • 크롬북 • 태블릿PC • 펜티엄 • 피디에이(PDA) 컴퓨터 본체 CPU • GPU • 가속처리장치(APU) • 그래픽처리장치(GPU) • 랜카드 • 램(RAM) • 롬(ROM) • 마이크로프로세서 • 메모리 • 메모리 세그먼트 • 메모리 슬롯 • 메인보드 • 배드섹터 • 버스 • 보조기억장치 • 본체 • 사운드카드 • 슬롯 • 에스에스디(SSD) • 주기억장치 • 중앙처리장치(CPU) • 진공관 • 칩 • 칩셋 • 캐시메모리 • 쿨러 • 트랜지스터 • 파워서플라이 • 프로세서 • 플래시메모리 • 하드디스크 • 확장슬롯 컴퓨터 주변장치 CRT • LCD • LED • SATA • SD카드 • 결선 • 광디스크 • 낸드메모리 • 동글 • 디램(DRAM) • 디브이디(DVD) • 디스크 • 마우스 • 마이크 • 메모리카드 • 모니터 • 모바일 어시스턴트 • 방향키 • 블루레이 • 블루레이디스크 • 스피커 • 씨디(CD) • 씨디롬(CD-ROM) • 에어팟 • 웹캠 • 유에스비(USB) • 유에스비 메모리(USB 메모리) • 이어폰 • 인텔 HD 그래픽스 • 입력장치 • 조이스틱 • 조이패드 • 주변장치 • 차음성 • 출력장치 • 커서 • 컨트롤러 • 케이블 • 키 • 키보드 • 프린터 • 프로젝터 • 플로피디스크 • 헤드 마운트 디스플레이(HMD) • 헤드셋 • 헤드폰 • 화면 컴퓨터 명칭 8086 • 8088 • 80286 • 80386 • 80486 • ABC컴퓨터 • IBM • Z1 • 리스크파이브 • 마크원 • 메인프레임 • 바이낙 • 브리슬콘 • 시카모어 • 알테어 8800 • 에니악 • 에드박 • 에드삭 • 유니박 • 이아스 • 일리악 • 조니악 • 콜로서스 슈퍼컴퓨터 HPC5 • 누리온 • 마르코니-100 • 서밋 • 선웨이타이후라이트 • 셀레네 • 시에라 • 티앤허-2A • 프론테라 • 피즈 다인트 • 후가쿠 양자컴퓨터 53 큐빗 양자컴퓨터 • 디웨이브2 • 디웨이브2X • 디웨이브시스템즈 • 퀀타플로우 계산장치 계산기 • 계산장치 • 기계식 연산장치 • 라이프니츠 계산기 • 전자계산기 • 전자회로 • 차분기관 • 톱니바퀴를 이용한 수동계산기 • 파스칼린 • 해석기관 컴퓨터 연산 PPI • 니블 • 바이트 • 비트 • 연산 • 컴퓨팅 • 큐비트 컴퓨터 인물 더글러스 엥겔바트 • 리처드 파인만 • 리 펠젠스타인 • 밥 알브레히트 • 스티브 돔피어 • 스티브 잡스 • 시모어 크레이 • 앨런 튜링 • 에드 로버츠 • 제임스 서덜랜드 • 존 드레이퍼 • 찰스 배비지 • 콘라트 추제 • 토머스 왓슨 • 하워드 에이킨 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반