컴퓨터의 원리

컴퓨터 내에서 숫자와 문자는 일종의 전기신호(電氣信號), 즉 펄스의 조합으로 나타낸다. 하나의 선으로 계속 보내는 펄스의 열(列)로 표현되거나(직렬표현), 몇 개의 선으로 동시에 보내는 신호의 조로 나타낸다(병렬표현). 컴퓨터 내에서는 펄스가 산(山)이면 1, 그렇지 않으면 0이라는 0과 1밖에 없는 수, 즉 2진수를 사용하면 편리한 경우가 많다. 펄스 몇 개의 조합으로 문자와 10진수를 나타내는 약속을 코드(code)라고 한다. 전기신호를 받아서 그 조합에 따라 정해진 출력신호를 내는 요소를 논리소자(論理素子)라고 하며, 컴퓨터는 많은 논리소자를 잘 결합하여 명령을 해독하고 계산을 실행하도록 되어 있다.   가장 기본적인 논리소자는 AND ·OR ·NOT로, AND(논리곱)는 2개 이상의 입력단자와 1개의 출력단자가 있고, 모든 입력단자로 들어가는 신호가 1일 때만 출력단자에서 1의 신호가 발생한다. OR(논리합)는 2개 이상의 입력단자로 들어가는 신호 중 어느 1개만 1이면 1개의 출력단자에서 1의 신호가 발생한다. NOT(부정)은 1개의 입력단자와 1개의 출력단자를 가지고 입력신호가 0이면 출력신호는 1, 입력신호가 1이면 출력신호는 0이 된다. AND ·OR ·NOT를 조합시키면 2진수 1자리의 덧셈을 계산하는 회로가 될 수 있다.   논리소자의 입력신호와 출력신호의 관계를 진리표(眞理表)라고 한다. 논리소자를 여러 가지로 조합시킨 복잡한 회로의 진리표를 구하는 데는 불대수(Boolean algebra)에 의하여 해석한다. 논리소자의 하나로 플립플롭(flip-flop)이 있는데, 이것은 1자리의 2진수를 기억할 수 있다. 컴퓨터 연산장치는 몇 개의 플립플롭을 연결한 레지스터를 중심으로 만들어진다. 또, 플립플롭은 전자적(電子的)인 스위치의 구실도 하기 때문에 컴퓨터의 제어회로에도 중요한 역할을 하고 있다.   AND ·OR ·NOT ·플립플롭 등의 논리소자는 진공관과 다이오드 ·트랜지스터 등을 사용한 회로로 실현할 수 있다. 제1, 제2세대 컴퓨터는 몇 개의 논리소자를 1장의 기판에 배선한 플러그인 모듈(plug-in module)로 교체가 가능한 단위로 하여 이것을 몇 매 조합시켜 컴퓨터의 중앙처리장치를 만들었다. 제3세대부터는 1개의 집적회로에 여러 개의 논리소자를 가진 회로가 있어 컴퓨터가 소형화되고 경량(輕量) ·고속화(高速化)되고, 생산가격도 낮아지고 있다.