컴퓨터의 소형화, 진공관에서 트랜지스터로, 원리와 중요성

컴퓨터의 소형화

 

컴퓨터의 소형화, 진공관에서 트랜지스터로, 원리와 중요성에 대해 알아보겠습니다 앞 포스팅 글에서 말씀드렸다시피 저는 30년 이상의 경력을 가진 컴퓨터 프로그래머이자 개발자로, 컴퓨터 기술의 발전을 직접 목격해 온 사람입니다. 저에게 이 컴퓨터의 소형화는 정말 혁명적인 일입니다. 대학교 전산실에서 저는 컴퓨터라는 기계를 생전 처음으로 보았습니다. 당시 그 크기에 눈이 휘둥그레졌었던 기억이 납니다. 불과 30년 전만 해도 컴퓨터는 지금과는 비교할 수 없을 만큼 거대한 기계였습니다. 전산실은 마치 공장처럼 거대하고 복잡한 기계들로 가득 차 있었습니다. 특히 진공관을 사용한 초기 컴퓨터는 그 크기와 열 방출량 때문에 특별히 관리가 필요했습니다. 매일 아침 전산실에 가보면, 그곳을 관리하는 선배님은 진공관이 제대로 작동하는지 확인하고, 고장 난 진공관을 교체하는 것을 볼 수 있었습니다. 당시에는 그게  일상이었습니다. 그런데 지금은 어떻습니까? 손바닥 안에 들어오는 작은 스마트 폰도 아주 성능이 뛰어난 컴퓨터입니다. 이런 일이 어떻게 생겼을까요? 지금부터 자세히 알아보겠습니다. 

 

진공관에서 트랜지스터로

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진공관에서 트랜지스터로라는 말에는 엄청난 컴퓨터의 역사가 다 들어 있습니다. 이것은  전자공학의 혁명이라고 할 수 있을 만큼 중요한 변화입니다. 제가 처음 이와 관련된 이야기를 들었을 때, 마치 옛날 흑백 TV에서 최신 스마트폰으로 변한 것처럼 신기하고 재미있게 들었던 기억이 납니다. 여러분들도 그때 제가 느꼈던 그 감정을 그대로 느낄 수 있도록 가급적 쉽게 풀어서 얘기를 들려드려 보겠습니다. 

먼저, "진공관"이라는 것을 알아볼까요? 진공관은 아주 오래된 전자 부품입니다. 마치 전자제품의 할머니라고 생각하면 됩니다. 진공관은 전기를 조절해서 소리나 영상을 만들 수 있었습니다. 옛날 라디오, TV, 컴퓨터에 많이 사용되었습니다. 하지만 진공관은 크고, 무겁고, 열도 많이 나서 금방 뜨거워져버리는 단점이 있습니다. 그래서 전자제품이 크고 무거웠고, 금방 고장 나기도 했던 겁니다. 제가 30년 전 대학교 전산실에서 봤던 엄청나게 컸던 컴퓨터처럼 말입니다.

그런데 과학자들이 더 작고 효율적인 방법을 찾기 시작했습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 1947년 벨 연구소의 존 바딘, 월터 브래튼, 윌리엄 쇼클리 세 명의 과학자는 트랜지스터를 발명했습니다. 그리고 마침내 "트랜지스터"를 발명했습니다.  트랜지스터는 진공관보다 훨씬 작고 가볍습니다. 마치 큰 돌멩이 대신 작은 구슬을 사용하는 것처럼 모든 것이 달라지기 시작했습니다. 그리고 트랜지스터는 열도 덜 나고, 더 오래 사용할 수 있습니다. 그래서 전자제품이 더 작아지고, 가볍고, 튼튼해질 수 있었던 겁니다. 이처럼 트랜지스터는 반도체 재료를 이용해 전류를 제어하는 장치로, 진공관의 기능을 대체하면서도 크기가 작고, 열 발생이 적으며, 수명이 길다는 장점을 가지고 있습니다.

이 트랜지스터 덕분에 많은 변화가 일어났습니다. 간단한 예를 들자면, 우리가 지금 사용하는 스마트폰이나 컴퓨터는 모두 트랜지스터 덕분에 가능한 것입니다. 만약 아직도 진공관을 사용했다면, 우리는 지금도 큰 라디오나 무거운 TV를 사용하고 있을 것입니다.  스마트폰이 주머니에 들어갈 크기로 작아진다는 것은 상상도 할 수 없을 정도입니다.

트랜지스터는 또 다른 장점도 있습니다. 바로 전기를 더 적게 사용해서 환경에도 더 좋다는 점입니다. 그래서 전자제품이 더 오래 사용 가능하고, 전기 요금도 덜 나와서 경제적이기까지 하니 이것이 일거양득 아니겠습니까? 

 

원리와 중요성

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트랜지스터의 원리와 중요성을 좀 더 구체적으로 알아보겠습니다. 앞에서 보았다시피 트랜지스터는 우리가 매일 사용하는 스마트폰, 컴퓨터, 텔레비전 등 다양한 전자 기기에서 중요한 역할을 하고 있답니다. 그럼 트랜지스터가 무엇인지, 어떤 원리로 작동하는지, 그리고 그 중요성은 무엇인지 함께 알아볼까요?

먼저, 트랜지스터는 무슨 일을 할까요? 트랜지스터는 전기를 흐르게 하거나 막을 수 있는 작은 스위치 같은 역할을 합니다. 아주 작아서 눈에 보이지 않을 정도로 작지만, 그 역할은 정말 엄청나게 큽니다. 그래서 저는 저 트랜지스터처럼 ‘작지만 큰 역할을 하고 싶다’는 소망을 담아서 제 별명을 트랜지스터라고 부르고 있습니다. 제 별명 멋지지 않습니까?

트랜지스터는 주로 실리콘이라는 재료로 만들어지는데, 이 실리콘은 반도체라는 특별한 성질을 가지고 있습니다. 반도체는 전기가 흐를 수도 있고, 흐르지 않을 수도 있는 신기한 물질이랍니다. 이 물질적 특성 때문에 트랜지스터는 크게 두 가지 역할을 합니다. 첫 번째는 전류를 증폭하는 것입니다. 예를 들어, 우리가 라디오를 들을 때 아주 약한 전파 신호를 크게 만들어주는 역할을 합니다. 두 번째는 스위치 역할을 합니다. 조금 어려운 전문 용어로 말씀드리자면, 트랜지스터는 크게 바이폴라 접합 트랜지스터(BJT)와 전계 효과 트랜지스터(FET)로 나뉩니다. BJT는 전류를 증폭하는 데 사용되며, FET는 전압을 증폭하는 데 주로 사용됩니다. 컴퓨터에서 0과 1로 정보를 처리할 때, 트랜지스터가 전기를 흐르게 하거나 막아서 0과 1을 구분하게 해 줍니다.. 그래서 트랜지스터가 많이 모여 있으면, 복잡한 계산도 빠르게 할 수 있는 것입니다.

이제 트랜지스터가 어떻게 작동하는지 원리를 알아볼까요? 트랜지스터는 크게 세 부분으로 나뉩니다: 베이스(Base), 이미터(Emitter), 그리고 컬렉터(Collector)입니다. 베이스에 약간의 전류를 흘려주면, 이미터에서 컬렉터로 더 큰 전류가 흐르게 됩니다. 마치 작은 힘으로 큰 문을 여는 것과 비슷합니다. 이렇게 작은 신호를 크게 만들어주는 것을 증폭이라고 합니다.

그렇다면, 트랜지스터의 중요성은 무엇일까요? 트랜지스터가 없다면, 우리가 사용하는 모든 전자 기기가 지금처럼 작고 효율적이지 못할 것입니다. 예전에는 진공관이라는 큰 장치를 사용했는데, 트랜지스터가 발명되면서 전자 기기가 작아지고, 더 빠르고, 더 에너지 효율적으로 발전할 수 있었습니다. 말씀드린 것처럼, 트랜지스터 덕분에 스마트폰도 주머니에 쏙 들어갈 수 있는 크기가 된 것입니다. 또한, 트랜지스터는 인터넷과 같은 정보통신 기술의 발전에도 큰 기여를 했습니다. 수많은 트랜지스터가 모여서 복잡한 계산을 빠르게 처리할 수 있기 때문에, 우리가 실시간으로 정보를 검색하거나, 영화를 스트리밍 하는 것이 가능해졌답니다.

 

컴퓨터 소형화의 시작

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컴퓨터의 소형화의 시작에 대해 이야기해 보겠습니다. 우리가 매일 사용하는 스마트폰, 태블릿, 노트북 등이 어떻게 이렇게 작고 강력해질 수 있었는지 궁금하지 않나요? 딱 한 단어로 답하라 하면, 저는 무조건 트랜지스터 덕분이라고 말씀드리겠습니다.

전기를 제어하고 증폭하는 아주 작은 장치인 트랜지스터가 발명되면서 컴퓨터는 점점 작아지고, 더 강력해질 수 있었습니다. 트랜지스터는 작고, 전기도 적게 쓰고, 열도 많이 나지 않아서 컴퓨터 부품으로 매우 적합했답니다. 1950년대 후반부터 트랜지스터가 컴퓨터에 사용되기 시작하면서, 컴퓨터는 점점 더 작아지고 빠르게 발전했습니다. 이후 1960년대 70년대 80년대를 거치면서, 컴퓨터의 발전 속도는 기하급수적으로 빨라지기 시작했습니다. , 그러니까, 트랜지스터는 이 모든 발전의 기폭제이자, 컴퓨터 소형화의 시작이었던 것입니다. 


이상, 컴퓨터의 소형화, 트랜지스터의 원리와 중요성을 알아보았습니다. 지금 이 순간도  어쩌면 여러분은 지금 현재도 스마트폰, 태블릿, 노트북 같은 휴대용 기기들로 이 글을 읽고 계실 것입니다. 이 모든 것은 트랜지스터와 집적 회로 덕분에 가능해졌다는 것 기억해 주시기 바랍니다.

‘트랜지스터’라는 별명을 가진 개발자인 저도, 저의 작은 기술들이 여러분의 삶에 큰 변화를 가져오고 큰 도움이 될 수 있기를 희망합니다. ‘트랜지스터’라는 이름에 걸맞도록 더욱 노력해 보겠습니다. 다음 글에서는 <직접회로와 마이크로프로세서>에 대해 알아보겠습니다. 감사합니다.