바야흐로 코딩의 시대다. 하지만 코딩을 잘하기 위해서는 먼저 “컴퓨터란 무엇인지” 반드시 학습을 해야 한다. 코딩을 해서 만들어진 프로그램이 컴퓨터에서 돌아가기 때문이다. 이 책은 과거 고대 이집트 수준의 문명을 가진 요정의 나라가 지구의 천재 컴퓨터 청년의 도움을 받아 컴퓨터를 만든다는 스토리를 통해 컴퓨터의 구조를 쉽게 설명하고 있다. 컴퓨터의 역사부터, 논리학과 수학, 공학의 만남을 거쳐 어떻게 컴퓨터가 만들어졌는지 재미있는 여행을 떠나보자.
대상 독자
우리가 사는 공간을 넘어 우주에 대해 궁금해 하듯, 우리는 우리가 매일 사용하는 컴퓨터라는 작업 공간의 너머에 무엇이 있는지 지적 호기심을 항상 가지고 있다. 누구나 그 지적 호기심을 어느 정도 충족할 때 우리는 한발 더 나아갈 수 있는 지혜를 얻을 수 있을 것이다. 컴퓨터공학뿐만 아니라 이공계 신입생이라면 반드시 알아야 할 상식 수준의 내용이며, 코딩에 관심이 있는 중고등학생에겐 미리 알아두면 좋을 컴퓨터과학의 기초지식이고, 일반인들은 좀더 수준 높은 컴퓨터 관련 지식을 습득할 수 있을 것이다.
우리가 너무나 당연하게 사용하고 있는 컴퓨터는 도대체 어떻게 생겨난 것일까?
그리고 어떻게 동작하는 것일까?
이 책은 컴퓨터를 사용하고 있지만 그 내부 구조는 전혀 모르는 이들을 위해 컴퓨터의 구조와 동작 방식을 설명하고 있습니다. 인간 세계로 컴퓨터를 만드는 방법을 배우러 온 요정의 물음을 통해 컴퓨터에 대해 상세하게 알고 있는 청년의 답을 따라가다 보면 컴퓨터가 가지고 있는 세 가지의 기본 구조를 이해하게 될 것입니다.
1. 오로지 숫자만으로 정보를 취급하는 디지털 기기라는 것
2. 전자기기로, 전기 조작에 의해 계산을 한다는 것
3. 프로그램을 통해 다양한 계산을 할 수 있다는 것
기술이 진보한 지금도 컴퓨터와 프로그램 동작 방식의 본질은 그대로입니다. 컴퓨터를 만들어 낸 ‘과거’를 살펴 봄으로써 ‘현재’와 ‘미래’에 대한 팁을 얻을 수 있는 좋은 계기가 되었으면 합니다.
[편집자 코멘트]
이 책을 처음 검토했을 때보다 출판을 앞두고 마지막 교정을 보고 있는데, 아직까지도 재미있는 책이라는 생각을 지울 수 없습니다. 이 책은 저자가 대학교수로 있을 때, 문과 이과의 융합 프로젝트의 일환으로 학생들에게 정보과학을 쉽게 알려주는 커리큘럼을 만들었는데, 그게 이 책의 토대가 되었다고 합니다. 문과생들을 배려한 탓인지 책 역시 상당히 문과스럽습니다. 여전히 책 속의 다양한 표정의 요정을 생각하면 웃음이 나오기도 합니다. 요정의 나라에는 천년 이상 빠르게 시간을 가게 하는 마법이 있다고 합니다. 이 마법을 이용해 아직도 고대 이집트의 상형문자를 사용하는 요정의 나라에서 지구에 사는 컴퓨터 천재 청년에게 지식을 배워 컴퓨터를 만들어낸다는 게 이 책의 이야기지만, 너무나 자연스럽게 우리는 이 이야기를 통해 컴퓨터의 구조와 원리를 배울 수 있답니다.
옮긴이의 말
시작하기 전에
시작하며
1부 - 숫자로 정보를 표현하는 것
첫 번째 이야기 - 숫자의 역사
_수와 숫자는 다르다
_수는 어떻게 생겨난 걸까?
_수를 표현하는 문제
_다양한 숫자
두 번째 이야기 - 이진법 숫자와 컴퓨터
_컴퓨터에는 이진법!
_전기? 자기? 빛?
세 번째 이야기 - 숫자에 의한 정보 표현
_물건을 구별하기 위해 숫자를 사용한다
_1과 0만으로 얼마나 표현할 수 있는가?
_문자를 숫자로 표현한다
_색을 숫자로 표현한다
_소리는 어떻게 표현하는가?
_디지털과 아날로그의 차이
_컬럼 바빌로니아 숫자와 제로의 발명
_며칠 후
2부 - 전기로 계산을 표현하는 것
네 번째 이야기 - 컴퓨터에서의 덧셈
_이진법 덧셈
_전기로 한 자리 수의 덧셈을 표현한다: 반가산기
_전기로 두 자리 수 이상의 덧셈을 표현한다: 전가산기
다섯 번째 이야기 - 전기를 이용한 계산 과정
_논리학과 수학의 만남: 부울 대수
_논리학과 공학의 만남: 논리회로
_스위치를 점점 빠르고 작게: 릴레이에서 진공관 그리고 반도체로
_다시 며칠 후
3부 - 프로그래밍이란?
여섯 번...째 이야기 - 컴퓨터에 명령한다
_컴퓨터가 컴퓨터인 이유
_어떻게 기계에 명령하는 것일까?
일곱 번째 이야기 - 명령을 처리하는 구조
_만약 컴퓨터의 두뇌가 ‘요정이 있는 방’이라면: CPU
_명령과 데이터가 동거하는 장소: 메인 메모리
여덟 번째 이야기 - 명령을 실행한다
_프로그램을 실행해 보자!
_데이터의 교환과 계산: 데이터 전송명령과 연산명령
_명령의 순서를 바꾼다 점프와 조건분기
아홉 번째 이야기 - 컴퓨터의 탄생
_‘명령과 데이터 동거’의 영향
_컴퓨터의 탄생
_컬럼 튜링 기계
_며칠 후
_컴퓨터에 대해 더 깊이 공부하고 싶은 분에게
이 글을 마치며
찾아보기
_첫 번째 이야기
인류 역사상 가장 위대한 발명, 숫자에 대한 이야기입니다. 컴퓨터는 인간의 두뇌로는 할 수 없는 많은 양의 정보를 처리하기 위해 숫자를 사용합니다. 그래서 수와 숫자에 대한 개념을 이해하고, 숫자가 생겨난 유래와 그 숫자를 표현하기 위해 어떠한 방법들을 사용하여 계산을 해 왔는지, 고대 문명에서 현대에 이르기까지 숫자의 역사에 대해 살펴봅니다.
_두 번째 이야기
컴퓨터는 왜 0, 1과 같은 이진수만을 이해하는 것일까요? 컴퓨터는 전기의 온과 오프, 이 두 가지 상태로 무언가를 표현한다는 사실을 알아봅니다. 그리고 이진법이 무엇이며, 우리가 평소 사용하고 있는 십진법을, 컴퓨터 내부에서는 어떻게 이진법으로 변환하여 이해하고 있는지에 대해 얘기합니다.
_세 번째 이야기
숫자 이외에 물건을 구별하기 위해 사용되는 식별번호와 같은 숫자, 예를 들면 전화번호나 상품번호라든가, 문자나 색, 소리 등, 이러한 것들을 컴퓨터 내부에서는 어떻게 이진법 숫자로 정보를 표현하는지에 대해 살펴봅니다.
또한, 우리가 흔히 주변에서 들어왔던 아날로그와 디지털의 개념과 차이점, 각각의 장점에 대해 얘기합니다.
_네 번째 이야기
덧셈을 하기 위해 우리는 전기를 조작하기 위한 전기회로를 사용할 것입니다. 2개 이상의 수를 입력해서 이들의 합을 출력하는 장치를 가산기(덧셈회로)라고 하는데, 이 가산기에는 1자리 수의 덧셈을 하는 반가산기와 2자리 수의 덧셈을 하는 전가산기가 있습니다. AND회로, OR회로, XOR회로들로 구성된 반가산기와 전가산기를 사용하여 어떻게 덧셈을 하고 있는지, 그 과정에 대해 배워 봅니다.
_다섯 번째 이야기
“모든 인간은 죽는다.”, “소크라테스는 인간이다” 고로 “소크라테스는 죽는다.”
이러한 삼단논법과 같은 논리들을 수학의 수식(기호)으로 치환하여 계산을 하면 올바르게 추론할 수 있음을 증명할 수 있고, 이러한 논리 연산을 표현하는 부울 대수에 대해 배워봅니다.
그리고, 릴레이라는 장치에 논리 회로를 장착하여 릴레이가 동작되는 과정을 살펴 보면서, 부울 대수의 계산으로 공학적인 문제까지도 해결할 수 있음을 알아봅니다.
_여섯 번째 이야기
계산기와 컴퓨터가 어떻게 다른지에 대해 여러 가지 형태의 계산식을 예로 들어, 그 차이점을 설명합니다. 또한, 우리가 흔히 프로그래밍한다고 할 때 사용하는 프로그램과 프로그래밍 언어의 개념을 정의하고, 그러한 프로그램을 컴퓨터가 어떻게 이해할 수 있는 것인지에 대해 살펴 봅니다.
_일곱 번째 이야기
컴퓨터의 많은 장치들 중 CPU와 메인 메모리의 구조에 대해 살펴 봅니다. CPU 안에 있는 각 장치들, 연산장치, 제어장치, 클럭, 플래그 및 명령 레지스터, 프로그램 카운터 등의 기능과 역할에 대해 하나씩 파악하고, 메인 메모리와 보조기억장치의 데이터 관리 방식과 차이점에 대해서 알아 봅시다!
_여덟 번째 이야기
데이터의 전송명령과 연산명령을 통해 데이터를 교환하고 계산하며, 점프와 조건분기를 통해 명령을 멀리 보낼 수도 반복하게 할 수도 있다는 것과, 메모리 어드레스를 통해 메모리에 저장된 정보를 기억시키기도 하고 꺼내오는 과정, 즉 CPU와 메인 메모리 사이에서 어떻게 데이터를 주고 받는지에 대해 살펴 봅니다. 꼭! 귀찮더라도 요정과 같이 따라 해 보세요!
_아홉 번째 이야기
드디어 컴퓨터가 탄생하게 됩니다!
고대의 숫자 발명에서부터 여기까지 수학, 논리학, 공학 등 여러 분야의 지식은 물론, 수많은 사람들이 함께 참여하여 컴퓨터가 만들어졌습니다. 요정의 세계에도 꼭 컴퓨터가 탄생될 ...수 있기를 바랍니다!
카와조에 아이 [저]
큐슈대학 문학부 문학과를 졸업(언어학 전공)하고 2005년 동 대학대학원에서 박사학위(문학)를 취득하여 작가로 활동하고 있다. 국립정보학 연구소 연구원, 쓰다주쿠 대학 여성 연구자 지원 센터 특임 부교수 등을 역임하였고 2012년부터 2016년까지 국립 정보학 연구소 사회 공유 지식 연구 센터 특임 부교수로 재직하였다. 저서로 〈게으른 족제비와 말을 알아듣는 로봇〉(아사히출판사), 〈흰색과 검은색의 문〉, 〈자동인형(오토마톤, automaton)의 성〉(모두 동경대학출판회) 등이 있다.
이영희 [저]
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