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해석기관
해석기관이란 영국의 수학자이자 기계공학자인 찰스 배비지가 만든 프로그램이 가능한 최초의 기계식 컴퓨터이다. 입력, 출력, 제어, 저장처리가 모두 가능하였고 오늘날의 컴퓨터의 기본구조에 있어 많은 표본이 되었다.
개요
찰스 배비지는 영국정부의 지원을 받아가며 본래 차분기관(Difference engine) 즉 미분기계를 만들어내고 있었다. 하지만 찰스 배비지의 너무나도 완벽하고 꼼꼼한 성향으로 인해 본인을 도와주는 조수와의 다툼과 부품계발이 오랜시간이 소요되고 자금의 사용량이 너무 많아졌다. 그리고 영국정부는 컴퓨터에 대한 수요가 많지 않은 상태에서 자금지원을 한다는것은 무리가 있었기때문에 찰스 배비지에게 자금지원을 끊게되었고, 이로인해 뺄셈을 이용한 차분기관의 발명은 끝나게 되었다. 하지만 찰스 배비지 기계발명에 대한 생각을 미리속으로 끊임없이 했고 1837년 처음으로 해석기관을 발표하였고 1843년 천공카드를 이용하여 증기로 움직이는 해석기관을 만들었다. 톱니바퀴와 기어의 수가 너무많기때문에 무거워 사람의힘으로는 기계를 작동할 수 없었다. 해석기관은 차분기관이 할 수있는 모든일을 수행하고 로그와 삼차함수, 천문학 실험 도표의 계산까지 가능하였다. 해석기관은 오늘날의 컴퓨터 프로그래밍처럼 입력으로 주어진 명령어를 실행(프로세스)할 수 있었으며, 주어진 명령어들을 고쳐 기계의 기능까지도 바꿀 수 있었다. 또한 천공카드를 이용하여 데이터를 불러오고 반복과 배열문을 계산하기도 했다. 그러므로 해석기관을 오늘날 컴퓨터의 시초, 아버지라고도 부른다. 해석기관은 원판으로 이루어진 여러 기둥들이 있고 원판둘레에는 숫자가 적혀있다. 이 기둥들은 찰스 배비지가 '저장소'라고도 불렀으며 일종의 메모리 역활이였다. 저장소 기둥에 나타난 숫자들은 처리 과정을 거치며 다른 기둥으로 옮겨질수 있었다. 기둥은 저장소에 있는 데이터에 제작소가 쉽게 접근해 데이터를 처리하고 다시 저장소에 쓸수 있도록 배치돼 있었다. 찰스 배비지는 1871년 사망전까지 해석기관을 실현하기위해 연구에 몰두했다. 하지만 찰스 배비지가 생각한 이 기술은 당시에 실현되기에 기술역량의 정확도 수준을 뛰어넘은지라 실제 완성품이 나오는것은 불가능하였고 결국 설계도만 남게되었다. 오늘날에는 1990년대 영국 과학 박물관에서 찰스 배비지가 남긴 여러 서적과 자료를 가지고 해석기관의 모형을 만들었으며 아무런 오차없이 계산을 하는것을 보며 찰스 배비지의 아이디어가 현실이 됬고 오류가 없을을 주장하게 되었다. 찰스 배비지의 독특한 생각은 약100여년이 지나서야 나타나게 되었다.[1]
기능
작동원리
해석기관은 차분기관과 달리 다양한 데이터 처리가 가능하다. 10진법을 사용했으며 증기기관을 통해 핸들을 돌려 작동하도록 설계되었다. 자카르 방직기 기술을 이용한 천공카드를 사용하여 이진수로 데이터를 기록하고 제작소의 동작을 바꿀 수 있었다. 해석기관을 사용하여 연립방정식에서 미지수 x의 값을 구할 수 있다.
mx=ny=d m'x+n'y=d' 두 식을 각각 n과 n'로 나누고 식을 정리 하면 다음과 같다. x=(dn'-d'n)(n'm-nm') 해석기관은 m,n,d,m'n',d'의 값만 주어지면 x값을 구할 수 있으며 그 값들이 데이터 기둥에 저장되면 데이터 처리가 가능 하다.
- 천공카드
- 18세기 여러 섬유업자들은 태엽이 달린 기계장치를 모방하여 일정한 움직임을 반복적으로 수행하는 자동기계를 고안하고 있었다. 그 중 1801년 조셉 마리 자카르는 종아 카드에 구멍을 뚫어 정보를 표현하고 이를 기반으로 작물이 자동 생산할 수있는 자카르 직기 곧 천공카드를 개발했다. 천공종이를 사용했던 이전 기계들과는 달리 천공카드를 사용했다. 천공카드는 구멍이 있는지의 여부에 따라 데이터를 읽는값이 달라진다. 그리고 일정한 패턴도 존재하여 반복하여 기계를 작동시킬수도 있다. 이를통하여 오늘날의 컴퓨터 프로그램밍의 원리가 되었다. 찰스 배비지는 이에 영감을 받아 천공카드를 이용하여 해석기관을 제작하게 되었다. 천공카드를 통해 해석기관을 프로그램할 수 있으며 20여 자리숫자까지 정확한 연산을 자동으로 수행할 수 있었다.[2]
현환
온전히 완성하지못함 영국 과학박물관에서 만듬 모형을
주요인물
에이다 러브레이스 증기의 힘으로 금속톱니와 기어를 움직여 작동하는, 직조기계를 닮은 컴퓨터, 그 컴퓨터가 실제로 작동하려면 엄청난 크기였을 테고, 막대한 양의 천공카드가 필요했을 것이다. 찰스 배비지의 해석기관은 당시의 기술과 자금으로 만들 수 없는 기계, 효율이 떨어지므로 만들 필요도 없는 기계였다. 그런데 이 설계도뿐인 가상 기계의 무궁무진한 가능성을 알아보고, 그 작동법을 만든 이가 있었다. 바로 에이다 러브레이스(Ada Lovelace)다. 배비지는 에이다를 “과학의 가장 추상적인 분야에 마술을 거는 마법사”이자 “활기찬 요정”이라고 불렀다. 찰스배비지가 컴퓨터의 하드웨어를 설계한 공학자라면 에이다 러브레이스는 소프트웨어를 짠 프로그래머인 셈이다. 해석기관은 그 두 사람의 두뇌 속에서만 작동하는 아주 특별한 기계였다. 에이다는 존재하지 않는 기계를 위한 프로그램을 어떻게 만들었을까? 후대는 한 번도 사용된 적이 없는 프로그램을 어떻게 ‘최초의’ 컴퓨터 프로그램이라고 여기게 되었을까? 해석기관에 관한 논문은 찰스 배비지가 1842년 이탈리아 토리노 대학을 방문해 해석기관에 대해 강의했을 때 참석했던 루이기 메나브레(Luigi Menabrea)가 강연 내용을 정리하고 기관의 구조를 설명한 논문(해석기관 개요)이 전부였다. 에이다는 프랑스어로 작성된 이 논문을 영어로 번역하고 주석을 달았는데, 주석의 길이가 본문의 2.5배에 달했다. 에이다는 A부터 G까지 9개의 주석을 달았는데, 이 주석에는 현대 컴퓨터 프로그래밍의 기본 개념을 담은 발상들이 담겨 있었다. 특히 주석 G에서 에이다는 해석기관이 복잡한 계산을 할 수 있음을 증명하기 위해 베르누이 수를 구하는 알고리즘을 만들어 냈다 이는 컴퓨터에서 구현하기 위해 제작된 최초의 알고리즘이었고 이 때문에 그녀는 최초의 컴퓨터 프로그래머로 꼽힌다. 에이다는 이 기계가 수치 방정식 외에 다양한 정보를 처리할 수 있으며, 숫자가 아니라 문자나 음표 같은 다른 기호도 조작할 수 있으리라 믿었다. 그녀는 이 기계로 음악도 작곡할 수 있을 것이라고 예언했다. 그녀가 작성한 주석에는 서브루틴(Subroutine), 점프(Jump), 루프(Loop), 조건문(If then) 등 현대 컴퓨터 프로그램에서 사용되는 개념들이 들어 있었다.[3]
각주
- ↑ 더밋 튜링, 〈계산기는 어떻게 인공지능이 되었을까?〉, 《한빛미디어》, 2019-05-03
- ↑ 반효경,〈운영 체제와 정보기술의 원리〉, 《이화여자대학교출판부》, 2008-01-31
- ↑ 이소영, 〈생활 속 과학탐구 - 최초의 프로그래머 에이다 러브레이스〉, 《국산업기술진흥협회》, 2018-04
참고자료
- 반효경,〈운영 체제와 정보기술의 원리〉, 《이화여자대학교출판부》, 2008-01-31
- 이소영, 〈생활 속 과학탐구 - 최초의 프로그래머 에이다 러브레이스〉, 《국산업기술진흥협회》, 2018-04</ref>
- 더밋 튜링, 〈계산기는 어떻게 인공지능이 되었을까?〉, 《한빛미디어》, 2019-05-03
