존 그레이엄-커밍: 제작되지 못한 최고의 기계

컴퓨터 공학의 시작은 1930년대가 아닌 1830년대라는 사실을 알고 계신가요? 존 그레이엄-커밍이 찰스 배비지의 증기 동력 기계식 해석기관에 얽힌 이야기와, 수학자이자 바이런 경의 딸이었던 에이다 러블레이스가 어떻게 단순한 계산 기기에서 컴퓨터의 미래를 내다봤는지를 이야기합니다.

제가 오늘 주제로 선택한 기계는

제가 '제작되지 못한 최고의 기계'라고 부르는 것입니다

결코 실제로 제작되지 못한 기계이지만,

언젠가는 만들어질 겁니다

사람들이 컴퓨터에 대한 생각을

처음 갖기 아주 오래 전에 설계된 기계입니다

컴퓨터 역사를 좀 아신다면

30년대와 40년대에

우리 세대의 컴퓨터 혁명을 이끈

간단한 컴퓨터들이 만들어졌다고 하실 겁니다

맞는 얘기입니다

한 세기 단위로 오차가 있긴 하지만요

최초의 컴퓨터가 설계된 때는

1930년대와 1940년대가 아니라
1830년대와 1840년대였습니다

설계된 기계의 일부는 프로토타입화되었고,

그 일부는 조립되어 바로 여기

사우스 켄싱턴에 있습니다

그 기계는 이 사람, 찰스 배비지가 만들었는데요

찰스 배비지는 사진마다 이렇게

항상 부스스한 머리를 하고 있어서

친구처럼 느껴집니다 (웃음)

돈이 아주 많은 사람이었고요,

일종의 영국 귀족 계급 출신이었습니다

메릴본에서는 토요일 밤이 되면

당시 지식인 계급에 속한 사람이면

그의 집에서 열리는 파티에 초대받았습니다

모두가 초대 받았죠

왕이나 웰링턴 공작같은 유명한 사람들이 많았어요

그리고는 배비지 자신이 설계한
기계들을 보여줬던 겁니다

그 시절이 그립군요

파티에 초대 받아 기계식 컴퓨터가

돌아가는 걸 보던 시절 말이죠 (웃음)

찰스 배비지 자신은

18세기 말에 태어났는데,

당시 꽤나 유명했던 수학자였습니다

캐임브리지에서 뉴턴이 맡았던 자리를 맡고 있었는데,

최근 스티븐 호킹도 맡은 적이 있는 자리죠

배비지는 뉴턴이나 호킹보다는 유명세가 낮은데

기계식 컴퓨터들을 만들 구상은 다 해 놓고서는

실제로 제작하지는 않았기 때문이죠

실제로 만들지 않은 이유는 그가
전형적인 컴퓨터광이었기 때문입니다

좋은 생각이 떠오를 때마다 그는 이렇게 생각했죠

"기가 막힌데? 제작을 시작해야겠어

돈도 엄청 많이 쓰게 되겠지
근데 더 좋은 생각이 떠올랐어!

이것부터 해야지 (웃음)
저것도 해야지."

이는 당시 총리였던 로버트 필이

다우닝가(街) 10번지에서 그를
내쫓을 때까지 계속되었습니다

그 시절엔 '내쫓는다'라는 말은 그냥

"좋은 하루 되시지요"라고 하는 거나
마찬가지였지만요 (웃음)

그가 설계한 기계는 이렇게 생긴 흉물이었습니다

'해석 기관'이라고 하죠
이 기계를 위에서 바라보면

이런 모양이었을 겁니다

동그란 것들은 톱니바퀴입니다.
톱니바퀴를 쌓아둔 거죠

전체 크기가 증기 기관차만큼 컸습니다

제가 설명하는 동안 이 거대한 기계를

상상해 보시기 바랍니다
이 기계가 구동되며 어떤 소리를 낼지

상상이 가실 겁니다

그렇다면 이 기계의 구조를 살펴보면서

— 참고로 그래서 '컴퓨터 구조'라고 하는 건데요 —

컴퓨터라고 불리는 이 기계에 대해 설명하겠습니다

그럼 메모리에 대해 얘기해 봅시다
메모리는

오늘날 컴퓨터에 들어가는 것과 아주 흡사합니다

전부 금속으로 만들어졌다는 점만 빼면요

톱니바퀴들이 겹겹으로 30개씩 쌓여있습니다

톱니바퀴들을 이만큼 쌓았다고 생각해 보세요

수백 개는 되겠죠

그리고 하나하나 번호가 붙어있습니다.

십진법을 사용하는 기계거든요
모든 연산이 십진법으로 이뤄집니다

이진법을 쓸 생각도 해봤지만 문제는

이진법을 이용하면 기계가 말도 안 되게

커질 거였거든요
원래도 이렇게 큰데 말이죠

어쨌든, 메모리를 만들었는데

여기 이쪽이 메모리입니다

눈으로 확인할 수 있습니다

여기 이 거대한 건 CPU입니다.
'칩'이라고도 하죠

크기가 이해가 되긴 하죠

완전히 기계식이거든요
기기 전체가 다 기계식이죠

이건 CPU의 일부를 프로토타입으로 만든 것입니다

과학박물관에 소장중이죠

이 CPU로 기본적인 사칙연산, 그러니까

덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈을 할 수 있었는데요

금속장치 치고는 대단한 거죠

뿐만 아니라 계산기에는 없고
컴퓨터에만 있는 기능 또한

구현할 수 있었습니다

내부 메모리를 참조하여 판단을 내릴 수 있었거든요

베이식 언어에서 if-then 연산도 할 수 있었습니다

그래서 이걸 근본적으로는 컴퓨터라 불렀던 거죠

컴퓨터 연산을 할 수 있었으니까요
간단한 계산보다 더한 것도할 수 있었습니다

이걸 보니까 생각나는 게 뭐냐면

오늘날의 컴퓨터 칩들은

속을 들여다볼 수 없어요
너무 작거든요

하지만 들여다볼 수 있다면
이것과 매우 흡사한 것을

볼 수 있을 겁니다

CPU의 구조는 엄청나게 복잡하고

메모리의 구조는 엄청나게 규칙적이에요

전자 현미경으로 들여다 보면

보일 겁니다
방금 보신 것과 같다는 걸요

이쪽 부분은 엄청나게 복잡한데

톱니바퀴 기계장치가 컴퓨터의 기능을
수행하고 있습니다

하지만 물론 프로그래밍이 필요하죠

배비지는 당시 기술을 이용했는데

그 기술은 50년대, 60년대, 70년대에도 재등장합니다

바로 '천공 카드'라는 기술인데요, 이 사진은

기계에 들어가는 세 개의 천공 카드
인식기들 중 하나입니다

여기서 그리 멀지 않은 과학박물관에 소장 중인,

찰스 배비지가 만든 프로그램인데

프로그램을 만들며 — 직접 가서 볼 수도 있어요 —

누군가 실제로 이 기계를 만들길 기다리고 있었겠죠

이것 뿐만이 아니라 프로그램은 더 있습니다

배비지는 실제로 구현될 날을 기다리며
프로그램을 개발했죠

굳이 천공 카드를 쓴 이유는
프랑스의 자키드라는 사람이

'자키드식 문직기'라는 걸 만들었는데,

천공 카드로 문직기를 제어해
엄청나게 정교한 문양을 짜냈거든요

배비지는 그 기술을 재활용한 것 뿐입니다

그가 이룬 업적은 전부 당시 기술, 그러니까

1830, 1840, 1850년대의 톱니바퀴, 증기력

기계식 기계 등을 이용한 거죠
여기서 아이러니한 건, 배비지와 같은 해에 태어난

마이클 패러데이라는 사람은

발전기, 변압기같은 신기술을 이용해

대변혁을 이뤄냈다는 겁니다

물론 배비지는 검증된 기술만 쓰려 했죠

증기력 같은 걸요

그 다음엔 주변기기도 필요했습니다

당연히, 컴퓨터가 있으니

천공 카드와 CPU, 메모리가 갖춰졌으면

같이 쓸 주변기기가 필요한 거죠

컴퓨터 하나만 쓸 수는 없으니까요

처음 개발된 건 음향기기입니다
벨을 장착한 거죠

그렇게 해서 에러가 나거나 (웃음)

기계가 하인을 부르고 싶을 때

벨을 울리게 할 수 있었습니다 (웃음)

실제로 천공 카드에는 명령이 적혀져 있습니다

'벨을 울려라' 라고 말이죠.
'띵'하는 소리가 날 겁니다

한번 그 소리를 상상해 보세요

증기 기관은 '딱딱딱딱딱딱'

그 다음에 '띵!' 이렇게요(웃음)

프린터도 필요했을 겁니다.
프린터는 필수니까요

이 사진은 배비지가 만든
'제 2 미분기기'라는 기계에

달린 인쇄 기계장치입니다

배비지 자신은 기계를 실제로 제작하지는 않았지만,
과학박물관에서

80년대와 90년대에 제작했습니다

프린터인데도 완전히 기계식입니다

숫자만 출력할 수 있었죠.
워낙 숫자에 집착하던 사람이었으니까요

하지만 실제로 종이에 인쇄하고
워드랩까지 할 수 있었죠

한 줄이 다 차면 자동으로 단어를
다음 줄로 넘겼단 뜻입니다

그래픽도 써야겠죠?

사진이나 그림으로 뭘 할려면 말이죠

그래서 배비지는 "플로터가 필요해,
큰 종이와 잉크와 펜이 있으니까

컴퓨터가 작도하게 만들어야지"

이렇게 플로터를 만든 겁니다

이정도 되면 그가 설계한 기계는

꽤 훌륭하다고 생각합니다

그리고 나서 에이다 러블레이스라는
여자가 등장합니다

배비지가 열었던 파티를 상상해 보세요.
내로라하는 사람들은 다 모였을 텐데

이 여인은 정신 나간 데다 위험한 인물로 알려진

바이런 경의 딸이었습니다

러블레이스의 어머니는 딸이 바이런 경의 성격을

물려받을까 걱정해서 이렇게 생각합니다

"수학이 바로 해결책이야!

수학을 가르쳐야겠어
그러면 애가 좀 침착해지겠지."

(웃음) 물론

정신 나간 수학자가 한둘이겠어요?

뭐 어떻게든 되겠죠 (웃음)

다 괜찮을 거라고요
어쨌든 러블레이스는 수학 교습을 받았고

어느날 어머니와 함께 배비지의 파티에 가게 됩니다

그런데 찰스 배비지가 자기 기계를 보여준 거죠

웰링턴 공작도 있는 데서

기계를 꺼내 동작 시범을 보였는데

그때 그녀는 깨달은 거죠
실제로 배비지 인생에서 유일무이하게

그가 설계한 기계의 기능성과

미래에 대해 알아준 사람이었습니다

배비지가 설계했던 기계들 중 대다수를

오늘날 우리가 알 수 있는 것도

러블레이스 덕분입니다

그녀를 최초의 프로그래머라
부르는 사람들도 있습니다

이 사진은 그녀가 해석한 종이인데

특정한 표현법으로 쓴 프로그램입니다

역사적으로 엄밀히 말하면
그녀가 최초의 프로그래머는 아니었는데

그것보다 더한 일을 이뤄냈거든요

그저 프로그래밍만 한 게 아니라

배비지가 미처 못 한 생각들도 해냈습니다

배비지는 수학에 집착하던 사람이었어요

기계도 수학 계산을 하기 위해 만들었고요

그때 러블레이스가 기계로 수학 말고도 다른 것도

할 수 있다고 말해준 거죠

여기 계신 분들은 지금도 컴퓨터를 갖고 계실 텐데

휴대전화 말입니다

전화기를 쓸 때나 컴퓨터 혹은 다른 전산 기기를 쓸 때

거기에 있는 모든 기능들은

다 수학입니다
실제로는 다 숫자로 이뤄져 있죠

비디오건 문자건 음악이건 음성이건 간에
다 숫자입니다

근본적으로는 다 수학 함수라 이겁니다

러블레이스가 이랬죠

"수학 함수나 기호만 쓴다고

세상의 다른 것들을 표현할 수 없는 건 아니에요

예를 들어 음악같은 거 말이죠"

엄청난 도약이었습니다. 배비지가 말하길,

"이 놀라운 함수들을 계산해서

숫자도 인쇄하고 그래프도 그리면 되겠네!" (웃음)

듣고 있던 러블레이스가 말했죠

"음악을 숫자로 표현해 입력하면

이걸로 음악도 작곡할 수 있어요."

전 이걸 러블레이스의 도약이라 부릅니다

프로그래밍도 하긴 했지만

컴퓨터의 미래는 더 밝을 것을 예견한 게

그녀의 진짜 업적이죠

그로부터 백년 후에 앨런 튜링이란 사람이 태어나는데,

그는 1936년에 컴퓨터의 혁신을 이룹니다

배비지의 기기들은 완전히 기계적이었고,

튜링의 기기들은 완전히 이론적이었지만

두 사람은 똑같이 수학적인 접근법을 사용했습니다

튜링은 우리에게 아주 중요한 사실을 알려줬는데요,

그는 컴퓨터 공학의 기반을 다져놓고

이렇게 말했죠

"컴퓨터를 어떻게 만드냐는 중요치 않다."

배비지의 기계식 컴퓨터이든

오늘날의 전자식 컴퓨터이든

나노 공학이 발전하면서 전지식이나 혹은

다시 기계식으로 회귀하든지 상관 없습니다

배비지의 방식을 다시 이용할 수도 있죠

대신 조그맣게 만드는 겁니다
이 모든 것들이 컴퓨터입니다

컴퓨터의 본질이라는 것이
어느 정도는 존재한다는 거죠

이걸 처치-튜링 논제라고도 합니다

여러분은 방금 배비지가 설계한 컴퓨터와

오늘날 여러분이 쓰시는 컴퓨터와의
연결 고리를 발견한 겁니다

사실 오늘날 컴퓨터로 할 수 있는 건 다 가능했습니다

속도가 아주 느리긴 했지만요 (웃음)

얼마나 느렸냐면

메모리가 1kb 정도였습니다

직접 꽂아줘야 하는 천공 카드로 작동했고

최초의 ZX81보다 만 배는 느리게 구동됐습니다

램을 확장할 수는 있었어요

원한다면 메모리를 더 끼울 수도 있었죠

(웃음) 그럼 이것들이 오늘날 의미하는 바는 뭘까요?

세워 둔 계획이 있습니다

스윈던 과학박물관의 기록 보관소에는

배비지가 쓴, 해석 기관에 대한

수백 개의 계획서들이 보관되어 있습니다

그중 한 개는 우리가 '계획 28번'이라
부르는 건데요

'계획 28'은 제가 과학박물관의
컴퓨터 분야 큐레이터이자

미분기기 구축 프로젝트를 이끌고 있는

도런 스웨이드와 함께 세운
자선 단체 이름이기도 한데,

저희 계획은 이 미분기기를

실제로 만드는 것입니다

여기 사우스 켄징턴에서 제작할 예정입니다

이 프로젝트는 몇 단계로 나뉘어져 있는데요

첫 단계는 배비지가 남긴 기록들을 스캔하는 겁니다

현재 완료되었고요
두 번째는 어떤 기기를 조립할 지 결정하기 위해

배비지의 모든 계획서들을 연구하는 겁니다

세 번째는 기계를 컴퓨터로
가상구동시켜 보는 거고요

마지막 단계에서는 과학박물관에서
실제로 제작할 겁니다

제작이 완료되면 비로소 컴퓨터의
작동 원리를 이해할 수 있게 될 겁니다

조그만 칩을 들여다보는 것보다는

거대한 기계를 들여다보면서

메모리와 CPU가 구동되는 것을 눈으로 보고

구동되는 소리도 들어보고
뭐하면 냄새도 맡아보는 게 확실하니까요 (웃음)

하지만 중간 단계에서는 가상으로 구동시켜 볼 겁니다

배비지는 이런 글을 남겼습니다

해석 기관이 실제로 존재한다면

과학의 미래를 이끌어갈 거라고요

물론 그는 기계를 제작하진 않았습니다

워낙 계획이 많은 사람이었으니까요.
하지만 1940년대에

실제로 제작이 되었을 때 모든 것이 바뀌었습니다

자, 이제 맛보기를 위해 CPU 기계장치의 일부가

실제로는 어떻게 구동될지

영상을 보시겠습니다

톱니바퀴 탑 세 개를 보시고 계십니다

물론 더 늘어날 거고요
이런 방식으로 연결할 겁니다

실제로 제작한다면 엄청나게 큰 기계가 되겠죠

5년이면 될 겁니다

2030년대 전까지는 완성할 테니까요

감사합니다 (박수)