개요
(1) 초창기 컴퓨터(1940년대)
최초의 컴퓨터인 에니악은 30톤 규모의 거대한 계산기로 미사일 탄도를 계산하기 위해 제작되었다. 에니악은 키보드, 마우스, 모니터와 같은 컴퓨터 자원이 없었고 운영체제 또한 없었다. 진공관이라는 소자를 사용하여 진공관이 켜지면 1, 꺼지면 0이라고 판단했고 이는 컴퓨터가 2진법을 사용하는 계기가 되었다. 에니악은 전선으로 논리회로를 구성하여 원하는 결과만 얻는 방식으로 다른 계산이나 수식을 사용하려면 전선을 다시 연결해야 했다.
(2) 일괄 작업 시스템(1950년대)
기술 발전을 거쳐 진공관에서 IC(Integrated Circuit)라는 칩으로 변화했다. 이 칩은 진공관과 전선으로 만들어진 논리회로를 아주 작은 크기로 구현하였다. 미약하지만 CPU와 메인 메모리가 있었으나 키보드, 모니터와 같은 입출력 장치가 없었다. 대신, 천공카드 리더(OMR)와 라인 프티러를 입출력 장치로 사용했다.
천공카드 리더와 라인 프리터를 사용함으로써 지금의 프로그래밍과 유사한 방식으로 다양한 소프트웨어를 개발할 수 있게 되었다. 하지만, 한 번에 한 가지 작업만 할 수 있었다. 이처럼 모든 작업을 한꺼번에 처리해야 하고 프로그램 실행 중간에 사용자가 데이터를 입력하거나 수정하는 것이 불가능한 시스템을 일괄 작업 시스템(Batch Job System) 또는 일괄 처리 시스템이라고 한다. 일괄 작업 시스템은 운영체제가 사용되었으며 메인 메모리가 운영체제의 상주 영역과 사용자의 사용 영역으로 나뉘었다.
(3) 대화형 시스템(1960년대 초)
1960년대 초반에는 모니터와 키보드가 등장했다. 이들은 비효율적인 일괄 작업 시스템을 대화형 시스템(Interactive System)으로 바꿔 놓았다. 일괄 작업 시스템과는 달리 대화형 시스템은 작업 중간에 사용자가 입력을 하고나 사용자에게 중간 결과값을 보여줄 수 있게 되었고 또한 중간 결과값을 출력하여 프로그램에 이상이 있는지 혹은 정상적으로 진행되는지 확인할 수 있게 되었다.
하지만 대화형 시스템에도 문제점이 있다. 일괄 작업 시스템은 입출력이 거의 없어 작업 시간을 예측할 수 있지만 대화형 시스템의 경우 작업 시간을 예측하기 어려웠다.
(4) 시분할 시스템(1960년대 말)
1960년대 후반에는 컴퓨터의 크기가 작아지고 계산 능력이 향상되었다. 하지만 상당히 비싸서 한 번에 하나의 작업만 수행하는 것은 낭비라 효율적인 방법이 필요했다. 연구가 진행되면서 다중 프로그래밍(multiprogramming) 기술이 개발되었다. 이는 하나의 CPU로 여러 작업을 동시에 실행할 수 있는 기술로 한 번에 하나의 작업만 처리할 수 있는 일괄 작업 시스템에 비해 효율성이 뛰어났다.
하지만 여러 작업이 하나의 CPU를 공동으로 사용하면 작업이 끊겨 보일 텐데 어떻게 이를 구현한 것일까? 방법은 시간을 분할하는 것이였다. 다중 프로그래밍 시스템에서는 CPU 사용 시간을 아주 잘게 쪼개어 여러 작업에 나누어 준다.
예를 들어, A~C 작업을 동시에 진행한다고 가정한다. CPU가 각 작업에 1초를 할당하면 작업이 끊어지면서 실행되겠지만 0.1초를 할당하면 각각 A~C 작업은 0.1초씩 할당되고 A 작업은 0.3초 뒤에 다시 CPU를 얻어 작업할 수 있다. 이처럼 시간 분배를 최대한 적게하여 반복되면 작업이 동시에 실행되는 것처럼 보인다.
이처럼 여러 작업을 조금씩 처리하여 작업이 동시에 이루어지는 것처럼 보이게 하는 것을 시분할 시스템(Time Sharing System) 또는 다중 작업(Multitasking)이라고 한다. CPU 사용 시간을 잘게 쪼개어 나눠줌으로써 모든 작업이 동시에 처리되는 것처럼 보인다. 이 때의 시간 조각들을 타임 슬라이스(Time Slice) 또는 타임 퀀텀(Time Quantum)이라고 한다. 오늘날 대부분 시분할 시스템이 사용된다.
하지만, 시분할 시스템에도 단점이 존재한다. 시스템 내에 많은 작업이 공존할 경우, 중요한 작업이 일정 시간 안에 끝나는 것을 보장하지 못한다는 것이다. 이는 특정 시스템에서 일정 시간 안에 작업이 처리되도록 보장하는 실시간 시스템(Real-time System)을 사용한다.
시분할 시스템에서 동시에 실행되는 작업의 개수를 멀티 프로그래밍 수준(Level of Multiprogramming) 또는 멀티 프로그래밍 정도라고 한다. 일괄 작업 시스템은 멀티프로그래밍 수준이 1이고 위의 그림에서는 작업이 3개이므로 멀티프로그래밍 수준이 3이 된다.
시분할 시스템에서 여러 작업이 동시에 실행할 수 있다는 것은 한 사람이 여러 프로그램을 동시에 실행할 수 있다는 의미이기도 하고 여러 사람이 동시에 작업할 수 있다는 의미이기도 하다. 즉, 시분할 시스템은 하나의 컴퓨터에서 여러 사람이 동시에 사용할 수 있는 다중 사용자 시스템(Multi-user System)을 가능하게 했다. 값비싼 컴퓨터를 한 사람 또는 하나의 작업이 독점하는 것이 아닌 여러 사람이 동시에 사용할 수 있는 환경이 만들어졌다.
(5) 분산 시스템(1970년대 말)
1970년대 말에는 인터넷이 등장했으며 서로 호환되지 않는 LAN들을 하나로 묶는 아르파넷(ARPAnet)이 만들어 졌고 컴퓨터 간 네트워킹을 위한 TCP/IP라는 프로토콜이 정의되었다.
또한, 개인용 컴퓨터와 인터넷이 보급되면서 값이 싸고 크기가 작은 컴퓨터들을 묶어 대형 컴퓨터에 버금가는 시스템을 만들었는데 이를 분산 시스템(Distributed system)이라고 부른다. 분산 시스템은 네트워크 상에 분산되어 있는 여러 컴퓨터로 작업을 처리하고 그 결과를 상호 교환하도록 구성한 시스템이다.
(6) 클라이언트/서버 시스템(1990년대 ~ 현대)
분산 시스템은 모든 컴퓨터가 동일한 지위이기 때문에 컴퓨터가 고장 나거나 추가되면 작업을 분배하고 결과를 모으기가 쉽지 않다. 클라리언트/서버 시스템(Client/Server Syetem)은 이러한 문제를 해결한다. 모든 컴퓨터의 지위가 동일한 분산 시스템과 달리 작업을 요청하는 클라이언트와 거기에 응답하여 요청받은 작업을 처리하는 서버의 이중 구조로 나뉜다. 웹 시스템이 전형적인 클라이언트/서버 구조를 이루고 있다.
클라이언트/서버 시스템도 문제점이 존재한다. 바로 서버 과부하인데 수십만명의 모든 요청이 서버로 집중되면서버가 다운 될 수 있다.
(7) P2P 시스템(2000년대 ~ 현대)
1990년대 말에 전 세계의 MP3 음악 파일을 공유하려는 시도가 있었는데 문제는 클라이언트/서버 시스템의 서버 과부하였다. 웹 페이지는 킬로 바이트 단위이지만 MP3 파일은 메가 바이트에 달하기 때문에 서버 과부하로 서비스를 할 수 없다.
서버의 부하를 줄일 수 있는 새로운 시스템으로 P2P 시스템(Peer-to-Peer System)이 만들어졌다. peer는 말단 노드, 즉 사용자의 컴퓨터를 가르키며, P2P는 서버를 거치지 않고 사용자와 사용자를 직접 연결한다는 의미이다. P2P 시스템에는 서버가 파일 검색만 맡고 사용자 간에 파일 전송이 이루어지기에 서버의 부하가 적다는 장점이 있다. 또 다른 예로는 메신저와 파일 공유를 들 수 있다.
다음 그림은 대용량 파일 공유 P2P 시스템의 작동 방법이다. 이 시스템에서는 같은 파일을 가진 여러 사람으로부터 데이터를 나누어 받는다. 예를 들어, korea.avi라는 동영상을 받는다면 korea.avi를 가진 여러 사용자로부터 조금씩 나누어 받아 하나의 파일을 완성하는 것이다. 당연히 파일을 가지고 있는 사람이 많을수록 속도가 빨라진다.
(8) 기타 컴퓨팅 환경(2000년대 초반 ~ 현대)
■ 그리드 컴퓨팅
- 정해진 기간에만 컴퓨터를 사용하고 지불할 수 있도록 컴퓨팅 자원을 구매하여 사용하는 컴퓨팅 환경을 그리드 컴퓨팅
(Grid Computing)이라고 한다. 그리드 컴퓨팅은 분산 시스템 중 한 분야로, 서로 다른 기종의 컴퓨터들을 묶어 대용량
의 컴퓨터 풀(Computer Pool)을 구성하고 이를 원격지와 연결하여 대용량 연산을 수행하는 컴퓨팅 환경이다. 대용량
데이터의 연산을 소규모 연산으로 나누어 여러 대의 컴퓨터로 분산 시킨다는 점에서 분산 시스템이라고 볼 수 있다.
- 그리드 시스템은 일반인을 위한 시스템이라기 보다 연구용이나 상업용으로 이용되는 시스템으로 일반인은 웹 하드 서비
스에서 경험할 수 있다. 서버에 엄청난 양의 데이터를 보관하고 있는 웹 하드는 과부하를 방지하기 위해 P2P 시스템 기술을
사용한다. 또한, 웹 하드 서비스는 그리드 딜리버리 기술을 이용하여 사용자 몰래 프로그램을 깔아서 서버의 부하를 방지한
다.
■ 쿨라우드 컴퓨팅
- 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)은 언제 어디서나 응용 프로그램과 데이터를 자유롭게 사용할 수 있는 컴퓨팅 환경
으로 그리드 컴퓨팅과 SaaS(필요한 기능을 모아 서버에서 실행하고 사용자는 인터넷을 통해 필요한 서비스만 제공받으며
월별로 혹은 서비스 이용량 만큼 비용을 지불하는 방식)를 합쳐놓은 방식이다.
■ 사물 인터넷
- 사물 인터넷(Internet of Things)은 사물에 센서와 통신 기능을 내장하여 인터넷에 연결하는 기술이다. 인터넷으로 연결
된 사물들이 데이터를 주고 받아 스스로 분석하고 학습한 정보를 사용자에게 제공하거나 서비스를 창출한다. 인공지능, 로
봇 공학, 무인 운동 수단 등에 쓰인다.
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