[C] 01 프로그래밍의 개념 - 1.1 프로그래밍이란?

※이 글은 [쉽게 풀어쓴 C언어 Express 개정판]을 읽고 정리한 내용입니다. 상업적 목적이 아닌 단순히 공부한 내용을 정리하려는 생각으로 쓴 것이니 그 점 유의하고 봐주시기 바랍니다.

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1.1 프로그래밍이란?

● 프로그램의 중요성

• 컴퓨터를 사용하여 많은 작업을 할 수 있지만, 컴퓨터 하드웨어만 있다고 할 수 있는게 아닌 프로그램이 설치되어 있어야 한다.
• 하드웨어 조립이 끝났다고 해서 끝나는게 아니라 '윈도우즈'와 같은 운영체제 프로그램과 응용 프로그램을 설치해야만 비로소 우리가 사용할 수 있다.
• 가전제품과는 다르게, 컴퓨터는 범용적인 기계이기에 프로그램만 바꾸어주면 다양한 작업을 할 수 있다. ex) 한글 2010, 윈도우 미디어 플레이어 등등 ..
• 반대로 컴퓨터는 프로그램이 없으면 아무일도 할 수 없다. 근본적으로 미리 작성된 프로그램을 단순히 수행하는 기계이다.

● 컴퓨터와 프로그램

• 컴퓨터의 기본적인 임무는 숫자 계산을 빠르게 하는 것이다.
• 현대에 이르러서는 명령어(instruction)^[각주:1]들의 리스트에 따라 데이터를 처리하는 기계라고 할 수 있다.
• 특정한 작업을 수행하도록 설계된 명령들의 리스트가 바로 프로그램(program)이다.
• 다양한 프로그램을 수행할 수 있는 능력은 컴퓨터를 범용적인 다재다능한 기계로 만들었으며, 이는 계산기와 컴퓨터를 구별하는 특징이 된다.

● 프로그램의 역사

• 프로그램이 가능한 최초의 기계는 '컴퓨터의 아버지' 찰스 배비지가 만든 '해석 기관(Analytical Engine)'이다. 
• 범용적인 계산 기계를 만들기 위해 모든 종류의 계산을 하나의 기계에서 할 수 있도록 설계된 최초의 범용 컴퓨터였다.
• 특별한 점은 해석 기관에서는 프로그램이 작성하는 것이 가능했다. 그러나 해석 기관은 개념과 원리만 완성됐을 뿐 실제로 만들어지지 못했다.
• 수천 개의 기어, 바퀴, 축, 레버 등으로 구성하여 증기로 작동하는 것으로 설계되었다. 
• 해석 기관에는 현대 디지털 컴퓨터의 기초적인 하드웨어^[각주:2]와 소프트웨어^[각주:3]의 원리가 구현돼 있었다. 
• 해석 기관은 현대 컴퓨터에서도 사용하는 네 가지의 핵심적인 부품(component)이 모두 포함되어 있었다

중앙 처리 장치	계산을 담당, mill이라고 불림
기억 장치	중간 단계에서 임시적으로 숫자를 저장, store라고 불림
출력 장치	출력 숫자를 나타내는 다이얼
입력 장치	천공 카드[각주:4]

• 천공 카드 시스템을 이용해 계산에 필요한 숫자들, 수행할 연상까지도 지정할 수 있었다. 천공 카드를 적절히 사용해 계산 장치는 중간 결과를 메모리에 저장할 수 있었고 다음 프로시저가 사용하도록 저장된 숫자를 반환할 수 있었다.
• 이러한 입력 장치를 사용하여 해석 기관은 매번 서로 다른 계산을 할 수 있었다.

• 19세기 말까지 실용적인 컴퓨터를 구현할 수 있는 기술이 등장했다. ex) 펀치 카드, 부울 대수^[각주:5], 진공관, 텔레타이프 등등 ..
• 전자 공학의 발전으로 전자 스위치가 부울 대수(Boolean algebra)의 참/거짓을 나타낼 수 있다는 것을 깨닫게 되었다. 
• 최초의 전자식 컴퓨터는 1943년 ENIAC이다. 산술 연산과 논리 연산을 수행할 수 있었고 변수 개념도 지원하였다. 십진법을 사용해 계산하며 최초의 범용 전자 컴퓨터이다.
• 탄도 궤적을 계산할 목적으로 개발되었으며 18000개의 진공관과 6000여 개의 스위치로 이루어져 있었다.
• 결정적인 문제점은 탄도 궤도 표를 계산만을 수행할 수 있었고 다른 연산을 수행시키려면 아주 복잡하였다. ENIAC의 프로그램은 스위치에 의하여 기억되었고 프로그램을 변경할 때마다 그 많은 스위치들을 처음부터 다시 연결하여야 했다고 한다.

• 이후 1945년 폰노이만이 발표한 프로그램 내장(stored program) 구조^[각주:6] 또는 폰 노이만 구조가 등장하면서 훨씬 유연하고 깔끔한 설계를 할 수 있었다.
• 1948년 최초의 실용적인 프로그램 내장 방식의 컴퓨터인 EDVAC이 제작되었다. 
• EDVAC은 최초의 메모리를 가지고 있었고 이 메모리 안에 프로그램을 내장하여 수행하였다. 0과 1의 이진 숫자들로 구성된 기계어를 사용하였으며 폰 노이만 구조는 다음과 같은 특징을 가진다.

프로그램과 데이터가 모두 메인 메모리에 저장된다.

메인 메모리에 저장된 프로그램에서 이진수로 되어 있는 면령어 들을 순차적으로 가져와서 실행한다.

● 프로그램이 하는 일

• 프로그램이란 우리가 하고자 하는 작업을 컴퓨터에게 전달하여 주는 역할을 하는 것이다.
• 우리가 원하는 작업을 기록해 둔 작업 지시서라고 보면 된다. 컴퓨터에게 무엇을 어떻게 시킬 지를 기록해놓은 문서가 프로그램이다.

● 컴퓨터가 이해하는 언어

• 컴퓨터가 알아듣는 언어는 0과 1로 구성되어 있는 이진수 하나이다.
• 모든 것을 0과 1로 표현하고 0과 1에 의하여 내부 스위치 회로들이 온오프 상태로 변경되면서 작업을 한다. 이와같이 이진수 형태의 언어를 기계어(Machine language)라고 한다.
• 기계어는 종속성을 가진다. 같은 이진수라도 나타내는 값이 다르다는 특징이 있다.
• 불편성을 없애기 위해 인간의 언어에 더욱 근접한 프로그래밍 언어를 만들었고 그 언어로 프로그램을 작성하면 컴파일러라고 하는 통역을 담당하는 소프트웨어가 프로그램을 기계어로 바꿔준다.

1. 명령어는 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 프로세서가 수행할 수 있는 하나의 연산을 의미한다. 산술 연산이나 데이터 이동 등이 대표적인 명령어들이다. [본문으로]
2. 눈이 보이는 부품들. CPU, 메인메모리, 보조기억장치, 입출력장치 [본문으로]
3. 시스템 소프트웨어: 하드웨어를 제어하는 소프트웨어. OS, 컴파일러 응용 소프트웨어: 시스템 S/W를 통해 특정 작업을 수행하기 위한 소프트웨어. 포토샵, 한글 등등.. [본문으로]
4. 천공 카드(punched card)란 두터운 종이의 적당한 위치에 구멍을 내어 그 구멍의 위치가 정보를 나타내도록 설계된 것이다. [본문으로]
5. 1848년 영국의 수학자 부울(Bool)에 의하여 제안된 것으로, 참과 거짓을 나타내는 0과 1만을 가지고 논리 과정을 표현하는 수학의 한 분야이다. [본문으로]
6. 프로그램 내장 구조란 프로그램을 메모리에 저장하는 방식이다. 컴퓨터가 기계의 메모리에 적재된 프로그램에 의해 작동될 수 있다는 것이다. 프로그램이 저장 장치에 내장되어 반복적으로 메모리에 적재될 수 있고, 프로그램 자체도 다른 데이터와 마찬가지로 수정될 수 있었다. 즉 프로그램을 데이터처럼 취급하는 개념이었다. [본문으로]