김 용묵의 절대공간 - 블로그

오늘날 쓰이고 있는 컴퓨터라는 기계의 이론적 근간을 마련한 사람으로는 앨런 튜링(영국)이라든가 폰 노이만(헝가리->미국) 같은 불세출의 천재 수학자가 있다. 그런데 영국에서는 튜링보다 먼저, 범용적인 계산 기계라는 개념을 떠올렸던 천재가 있었으니 바로 찰스 배비지(1792-1871)이다. 전산학도라면 배비지의 해석 기관에 대해 들어 보지 못한 사람이 없을 것이다.

그는 시대를 너무 앞서 간 괴짜 덕후였으며, 재정 부족과 당대의 기계 제작 기술의 부족 때문에 그의 꿈이 당장 완전히 실현되지는 못했었다.
참고로 창조 과학회에서는 배비지가 독실한 크리스천 과학자였다고 띄우고 있다. ㅋㅋ 링크를 소개한다. (그 반면 튜링은 동성애자인 데다 자살로 생을 마감했으니, 기독교 진영에서는 별로 좋아할 구석이 없겠다)
http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=243

그런데, 이 시대에 영국에서는 배비지의 계보를 이을 천재 수학자가 또 태어났는데, 이번엔 여자였다. 그녀의 이름은 에이다(Ada Lovelace; 1815-1852). 인류 역사상 최초의 프로그래머라고 일컬어지는 먼치킨 엄친딸 공순이이다. 이 두 사람은 사진기가 발명되기 거의 직전의 시기를 살았던 사람인지라 사진은 전해지지 않으며, 초상화나 스케치로 그려진 모습만 전해 내려온다. 하지만 에이다는 상당한 미녀였다고 한다. Lovelace라는 성은 백작 작위를 얻은 남편의 성에서 딴 것.

에이다는 ‘자고 일어나 보니 유명해졌더라’ 같은 어록으로 유명한 시인 바이런의 외동딸이었다. 아버지가 희대의 바람둥이었다고 하는데 딸 역시 머리가 비범했고 나중에는 도박에 빠졌다고 하니 평범한 인생을 살지는 못했으며, 그러다 자궁암 때문에 30 중반의 나이로 요절하여 세상을 짧고 굵게 살다 갔다.

그녀는 남들이 도무지 이해를 못 하던 찰스 배비지의 해석 기관의 원리를 간파하고 그 기계의 무한한 가능성을 알아차린 당대의 극소수 덕후 중 하나였다. 오늘날 절차형 프로그래밍 언어의 기본 골격이라 할 수 있는 루프, 조건문, 서브루틴 같은 개념을 떠올렸다. 그것을 처리하는 기계를 만들고 그 틀을 바탕으로 프로그램을 짜서 돌리면, 기계로 음악도 작곡하고 그림도 그리게 할 수 있다고 상상했다. 무려 19세기에 말이다!

배비지 역시 에이다의 재능과 글빨에 큰 감명을 받았다고 한다. 그녀는 기계가 숫자를 처리하기 위해서는 10진법이 아닌 2진법이 유리하다는 발상을 했으며, 베르누이의 수를 구하는 ‘프로그램’을 해석 기계를 기반으로 실제로 작성하기도 했다. 그래서 최초의 프로그래머이다. ㅎㄷㄷ;;; (베르누이는 유체 역학에서 배우는 베르누이의 원리를 발견한 그 과학자 겸 수학자이다. H2O가 뭔지 정도야 '문과 출신'도 알겠지만, 베르누이의 수가 뭔지는 어지간한 이과 출신도 들어 보지 못했을 것이다.)
http://www.bernoulli.org/

그로부터 100년 남짓한 시간이 지나고 전자식 컴퓨터가 실제로 발명되었을 때, 한 절차형 프로그래밍 언어는 바로 이 여성 프로그래머를 기려, 그녀의 이름을 따서 Ada라고 명명되었다. 프로그래밍 언어의 이름에다가 전설적인 프로그래머의 이름을 붙였으니 매우 고무적인 현상이라 하지 않을 수 없다.

Ada 언어는 1983년에 첫 제정되었으며, 이는 시기적으로 C++의 탄생 시기와 일치한다. C++의 고안자가 스웨덴 사람인 반면, Ada의 초창기 핵심 고안자는 프랑스 사람이었다. Ada는 당시 난립하던 프로그래밍 언어들의 통합을 목적으로 미국 국방성으로부터 강력한 후원을 받으며 만들어졌다. 그래서 그쪽 바닥--무기를 가동하는 전산 시스템 같은--에서는 지금까지도 표준 언어로 쓰이고 있다고 한다.

본인은 에이다 언어에 대해서 잘은 모르지만, 이 언어의 문법은 일단 파스칼과 얼추 비슷하다. 암호스러운 기호들보다는, 타이핑을 더 하더라도 깔끔하게 영어 단어 표기를 선호한다. 패키지 단위로 빌드가 이루어지는 것도 C/C++보다는 파스칼 방식이다. (참고로 베이직 언어의 경우, MS의 퀵베이직은 include에 컴파일/링크까지 C언어의 빌드 모델을 그대로 이어받은 반면, 파워베이직은 파스칼과 비슷한 방식을 쓰고 있다는 것이 흥미로움.)

Ada에 대해서도 예제 코드를 보면 이해가 빠를 것이다. 미리 말하지만 C/C++의 사고방식보다는 파스칼의 관점에서 보면 굉장한 동질감을 느낄 수 있다. 심지어 대소문자 구분이 없는 언어라는 것까지도 똑같다. 비록 요즘 C++의 영향을 받은 자바나 C# 같은 언어들의 추세는 대소문자 구분이지만 말이다. 더 자세한 것은 http://www.adahome.com/ 참고.
아니, 그러고 보니 Ada는 수학자의 이름을 따서 지어진 것까지 파스칼과 일치하는구나.

Ada는 기존 언어들의 통합을 목적으로 만들어진 만큼, 이것저것 여러 언어 요소들을 집어넣느라 표현의 자유가 굉장히 넓으며, 제공되는 언어 요소가 많다.
무슨 말이냐 하면, 가령 다차원 배열(a[2,5])과 배열의 배열(a[2][5])을 구분하여 모두 표현할 수 있고,
단축연산이 지원되는 논리 연산자와(and also나 or else), 그렇지 않은 연산자(그냥 and나 or)가 모두 제공된다.

파스칼처럼 0..100 같은 식의 subrange도 당연히 지원되고, 똑같은 정수형이라도 int 같은 기본 자료형과 완전히 호환되는 단순 alias/typedef인지, 아니면 int와 호환되지 않는 별개의 타입인지도 지정 가능하다. 타입 하나는 C/C++과는 비교도 할 수 없이 정교하고 엄격하게 만들 수 있어서 좋다.
함수 안에다 함수도 당연히 만들 수 있고, while이나 for 같은 loop 자체에다가 label 이름을 붙여서 다중 loop을 goto문 없이 바로 탈출하는 것이 가능하다.

이런 것들만 있는 것도 아니고, 어쨌든 Ada는 처음 발표되었을 때는 문법이 필요 이상으로 너무 복잡하고 컴파일러로 다 구현하는 데 난감하다는 불만도 있었다고 한다. Quicksort의 고안자께서도 그렇게 불만을 제기한 사람 중 하나였다고 함. 하지만 오늘날은 C++도 가히 복잡성 면에서는 타의 추종을 불허하는 경지에 도달한 것 역시 사실이다.

그다지 여성향을 느낄 수 없는 것 같은 전산학 분야에도 이런 사연이 있는 여성의 이름을 딴 프로그래밍 언어가 존재한다는 것이 흥미롭다. 여성 프로그래머 모에~ 이다. 하하. =_=;;
참고로 성경에는 Ada와 가장 비슷한 이름으로 유대 왕국의 왕 Asa가 있으나, 물론 성별부터가 다르다.

에이다가 살아 있던 19세기에 우리나라는 뭘 하고 있었는가? 딱 흥선대원군 시절이다. 그런데 본인은 그 시절 조선의 역사에 대해서 좋은 기억이 도무지 없다. 19세기 하면 홍 경래의 난, 전 봉준 동학 운동, 게다가 명성황후 시해 등... 나라는 점점 탐관오리 부정부패와 외세의 침략에 휘말려 막장으로 치닫다가 이내 일제에게 주권을 빼앗기고 만다. 그런데 그 시절에 영국은 저런 상상을 초월하는 학문적 성과가 속속들이 발표되고 있었으니... 오옷 역시 킹 제임스 성경과 철도를 만들어 낸 나라! 괜히 전세계를 호령한 선진국이 아니다.

게다가 전자기학의 대부인 마이클 패러데이(1791-1867), 제임스 맥스웰(1831-1879), 그리고 나중엔 찰스 다윈(1809-1882)이 전부 동시대를 살았던 영국의 과학자들이다! 이 정도면 충격과 공포가 아닐까? 맥스웰도 마찬가지이지만 패러데이는 다윈의 진화론을 단호하게 반박하고 부정한 것으로 유명한 사람인데( http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=644&orderby_1=subject 참고), 에이다로부터 연애편지를 받고서 사랑의 힘으로 더욱 분발(?)하여 전자기력  관련 실험을 성공적으로 마칠 수 있었다 ‘카더라’. 그러고 보니 패러데이는 찰스 배비지와 거의 동갑이니 흠좀무.

끝으로, 잘 알려지지 않은 사실인데, 에이다 부인은 암 치료 과정에서, 당시 통용되던 bleeding (또는 bloodletting) 시술 중에 사망했다. 쉽게 말해 피를 빼내는 작업이다. 옛날 사람들은 병에 걸리면 환자의 혈액에 독소가 차기 때문에 그걸 제거하면 병이 나으리라고 믿었던 모양이다. 마치 체했을 때 손가락 끝을 따는 것처럼? 그런데 그렇게 바늘로 찔러서 몇 방울 따는 것과는 비교도 못 할 정도로 피를 많이 퍼내다가 오히려 환자를 탈수와 쇼크로 인해 죽게 한 경우도 많았다고.

미국의 초대 대통령이며 세계 최초로 자기 임기만 마치고 권좌에서 물러난 지도자인 조지 워싱턴도 bleeding 중에 죽었다. 문헌을 찾아보니 그는 은퇴 후 노후로 인한 폐렴· 천식· 독감 합병증에 걸렸는데, 의사가 치료랍시고 허약한 노인의 피를 5 pint... 거의 2리터가 넘게 빼냈던 것이다. 성인 인체의 전체 혈액이 5리터 남짓이라 하며 헌혈만 해도 아주 건장한 성인 남자를 대상으로 많이 채혈할 때가 3~400ml 정도 하는데, 그의 5배가 넘는 양을 뽑아냈으니 환자의 명을 재촉하는 행위밖에 더 되었겠는가? 그 당시는 혈액에 면역 시스템이 있다는 걸 모르던 시절이었고, 육체의 생명이 피에 있다는 걸(레 17:11) 실감을 못 했었다.

http://gwpapers.virginia.edu/articles/wallenborn.html
http://www.av1611.org/amazing.html

Posted by 사무엘

1. undelete (노턴 유틸리티의 unerase)

그렇다. 도스 시절에는 지금처럼 휴지통이라는 개념이 없었다. FAT 파일 시스템에서 파일 삭제는 파일 이름의 첫 글자만 ?로 바꿔서 지워진 것처럼 속이는 작업이었기 때문에, 그런 파일을 찾아내어 첫 글자를 지정해 주면 지워진 파일을 살릴 수 있었다.

그러나 이것은 100% 완전히 복구된다는 보장이 없었다. 본디 파일이 있던 위치에 다른 파일이 덮어써지면 파일이 소실되거나 심지어 다른 파일 내용과 충돌이 일어날 수 있었다. 이건 또한 보안상으로도 굉장한 허점을 남기는 위험한 일이며, 옛날 도스 시절에 운영체제나 파일 시스템이 지금보다 훨씬 더 단순할 때나 통용되던 편법에 불과했다.

2. sort (노턴 유틸리티의 ds)

요즘 우리가 매일 사용하는 탐색기나 여타 파일 관리 유틸리티들은 파일 목록을 보기 좋게 잘 정렬해서 보여주지만 DIR을 쳐서 나타나는 파일 목록은 그렇지 않았다. 말 그대로 디스크에 저장된 순서대로 저장된 파일 목록을 보여줄 뿐이었다. 그래서 디스크에 보관되는 파일 목록 자체를 ABC 순으로 정렬해서 재기록해 주는 별도의 유틸리티가 있었다. 그것도 하위 디렉토리들까지 재귀적으로 알아서 말이다.

하지만, 오늘날 윈도우 NT 계열이 사용하는 NTFS 파일 시스템은 자체적으로 파일 목록을 알아서 ABC 순으로 무조건 정렬해 놓으므로 그런 유틸리티가 무의미하고 불필요해졌다. 내부적으로 단순 연결 리스트가 아니라 tree 같은 자료 구조를 쓰는 듯하다. 과거의 윈도우 9x와 윈도우 NT는 아무 디렉터리에서나 DIR만 쳐 봐도 결과가 차이가 났던 것이다.

지금도 FAT32를 쓰는 플래시메모리를 꽂아서 DIR를 해 보면 차이를 알 수 있다. 하드디스크는 파일 목록이 ABC 순으로 출력되는 반면, 플래시메모리는 그렇지 않다.

3. 디스크 검사 (노턴 유틸리티의 NDD)

요즘 애들은 디스크 드라이브가 A부터 시작을 안 하고 왜 C부터 시작하는지 이유를 모를 것이다. 옛날 A와 B를 차지하고 있던 플로피디스크는 용량 적고 느린 건 둘째치고라도 물리적인 에러가 정말 잘 났다. 이 디스크 에러 내지 데이터 에러는 도스가 간단히 에러 메시지만 뱉고 끝내는 게 아니라 꼭 A중단, R재시도, I무시 같은 더 끈질긴(?) 인터페이스로 대응했기 때문에 더욱 무섭기도 했다.

그래서 그 시절에 디스크 검사 유틸리티는 필수였다. 물리적인 에러가 난 부위는 bad sector로 처리하여, 거기를 건드리다가 운영체제가 에러 메시지를 뱉는 일이 없도록 조치를 취해 줘야 했다.

과거에 하드디스크 용량이 한 수백 MB대일 때까지는 하드디스크도 NDD를 돌려볼 만했다. 그러나 그 이후부터는 디스크 검사라는 게 의미가 없어졌다. 에러가 거의 없어지기도 했고, 또 디스크 용량도 너무 커졌기 때문이다.

4. 디스크 조각 모음 (노턴 유틸리티의 SPEEDISK)

오늘날 존재하는 디스크의 모든 파일 시스템들은 어떤 형태로든 정기적인 조각 모음(defragmentation) 작업이 필요하다. 데이터베이스 파일도 그렇고, 가상 머신 이미지 파일도 그러하다. 그렇기 때문에 조각 모음은 과거 도스 시절만의 잔재는 아니며, 윈도우 XP까지도 별도의 시스템유틸리티가 존재했다.

비스타부터는 idle time 때 조각 모음을 운영체제가 알아서 지능적으로 찔끔찔금 하는 형태로 바뀌어, 덕분에 사용자가 이런 걸 신경쓸 필요가 사실상 없어졌다. 지금은 옛날 같은 방식으로 조각 모음을 하기에는 하드디스크 용량이 커져도 너무 커졌고, 또 SSD 같은 디스크는 아예 내부 특성상 전통적인 의미의 조각 모음을 해서는 안 되는 물건이기도 하다. 세상이 그만치 많이 변했다.

윈도우 95를 설치해 놓고 도스용으로 만들어진 디스크 조각 모음을 실행하면 긴 파일 이름이 싹 다 날아가고 대략 패닉이 벌어졌다.
그뿐만이 아니라 그 상태에서 undelete라든가 디렉터리 정렬 같은 저수준 작업을 시도하면 emm386 같은  메모리 드라이버가 에러를 내면서 컴퓨터가 그냥 다운되어 버리기도 했다. 오늘날은 과거 노턴 유틸리티의 DISKEDIT 같은 무식한 저수준 유틸리티가 돌아가는 건 절대 권력 운영체제가 허락하지 않을 것이다.

도스와 윈도우 9x 시절의 잔재라 할 수 있는 FAT 파일 시스템의 역사를 간략하게 소개하며 글을 맺는다.

FAT12: MS 도스 초창기에 도입. 플로피디스크용이며, 인식 가능한 하드디스크 용량은 최대 32MB.
FAT16: MS 도스 4.0(무려 1988년)에서 도입. 디스크 용량의 이론적 한계치가 2GB로 증가

FAT32: 윈도우 95 OSR2에서 도입(1996년). 최대 용량이 테라바이트급으로 늘긴 했으나, 파일 하나의 최대 크기는 여전히 4GB 제약을 받으며 디스크 용량이 수십, 수백 GB에 육박하면 슬슬 불안정해진다. NTFS로 갈아타는 게 낫다.
exFAT: 윈도우 비스타 SP1에서 도입(2008년). 플래시메모리 구조에 최적화되었고 파일 1개의 4GB 제약도 없어졌다고 함.

Posted by 사무엘

아무리 로딩 시간이 길고 덩치가 큰 프로그램이라 하더라도, 한번 실행했다가 종료한 후 그 프로그램을 즉시 다시 실행하면, 예전보다 훨씬 더 빨리 실행된다. 이때는 사실 디스크 액세스 자체가 거의 일어나지 않는다. 이는 상식적으로 알 수 있듯, 운영체제가 디스크 액세스에 대한 캐싱(cache)을 똑똑하게 잘 해 주기 때문에 그렇다.

컴퓨터 내부는 양극화 내지 80/20 법칙이 잘 통용되는 세계이다. CPU 명령이든 디스크 액세스든, 메모리 액세스든, 병목 현상은 꼭 일어나는 곳에서만 몰아서 집중적으로 일어난다. 한번 액세스된 자료는 다음에 또 액세스될 가능성이 높다. 그리고 그 인근의 자료가 덩달아 액세스될 가능성이 높다. 컴퓨터 아키텍처를 연구하는 사람들의 관심사 중 하나는, 이런 캐시 적중률을 높여서 컴퓨터의 성능을 끌어올리는 것이다.

그러나 지금은 당연시되고 있는 디스크 캐시가 옛날 도스 시절에는 전혀 당연한 개념이 아니었다. 아까 전이나 지금이나 동일한 파일을 읽고 쓰는 시간은 언제나 동일-_-했다. 캐시 프로그램은 별도의 램 상주 유틸리티로 제공되곤 했다. 사실, 그때는 메모리 값이 비싸서 디스크 캐시를 위해 수 MB의 메모리를 떼어 낼 여건이 되는 브루주아 계급 자체가 별로 많지 않았었다. ^^

디스크 캐시 유틸이 하는 일은 대략 다음과 같을 것이다.
1. 파일을 읽을 때 인접한 내용도 미리 읽어 둔다.
2. 한번 읽은 내용은 메모리에 저장해 놓고 나중에 디스크를 액세스하는 일이 없이 써먹는다.
3. 쓰는 것은 지금 몰아서 다 하지 않는다. 쓰기 작업을 다 완료하지 않았지만 일단은 다 했다고 빨리 응답해 주고, 나머지 작업은 CPU가 쉬고 있을 때 조금씩 한다.
그러니, 읽은 내용을 효율적으로 관리하는 것과, delayed writing 때문에 메모리와 디스크의 실제 상태가 일치하지 않을 때 이를 동기화하는 방식 같은 게 캐시 프로그램 개발의 핵심 기술이라 할 수 있다.

물론 읽기 캐시는 그렇다 쳐도, ‘delayed writing’라는 동작 방식은 위험할 수도 있다는 경고도 접했다. 메모리에 있던 캐시 내용이 디스크에 실제로 반영되기 전에 컴퓨터가 꺼져 버린다면? 흠좀무.

MS 도스는 SMARTDRV라는 유틸리티를 제공했으며, 윈도우 9x에도 이놈이 있다. 이 프로그램이 다른 경쟁 프로그램들과 비교했을 때 성능이 어땠는지는 모르겠지만 이 정도만으로도 마법과 같은 프로그램이었다. 하드웨어를 바꾸지 않고도 디스크 체감 액세스 속도가 엄청나게 빨라졌으며, 특히 크기가 작은 다수의 파일을 다룰수록 성능 향상 정도는 폭발적이었다.

심지어는 운영체제 설치하기 전에 smartdrv를 띄워 놔도 설치 시간이 단축되고 효과가 좋다고 명시가 되어 있다. 디스크 캐시는 가상 메모리라는 개념과 맞물려서, 현대 운영체제가 RAM의 속도와 하드디스크의 용량을 적절하게 잘 절충하여 사용자에게 최적의 성능을 제공하는 데 꼭 필요한 개념이 되었다.

윈도우 비스타(와 그 후속 포함)는 예전보다 더욱 과감하게 캐싱을 한다고 한다. 값싸고 풍부한 메모리를 디스크 캐싱용으로 적극 활용한다. 심지어 수십 MB짜리 비주얼 스튜디오 2008도 몇 번 껐다가 켜면 나중에는 디스크를 전혀 액세스하지 않고 실행된다. 마치 램드라이브처럼 말이다. 그러니 빨라졌다는 느낌이 들 수밖에 없다. 캐싱용으로 쓰는 메모리는 운영체제가 점유 중인 메모리 양으로 쳐 주지도 않는다. 사용자가 원하면 언제라도 용도 변경이 가능한 메모리이기 때문이다.

반대로, 램 용량이 부족하면 컴퓨터는 그야말로 지옥이 된다. 캐시 혜택은커녕, 이미 램으로 액세스하던 것도 전부 디스크 상의 스왑 파일로 다루게 되기 때문이다.

그러고 보니 과거에는 네트워크 드라이브도 아니고 아예 램드라이브라는 게 있었다. 비록 용량이 부족하고 저장 효과가 영구적이지도 못하지만, 이것이 광속으로 디스크를 액세스하는 효과를 내는 방법 중 하나이기도 했다. 지금은 그런 게 있으려나?

또 하드디스크를 write-protect하는 유틸리티도 있었다. ㅎㄷㄷ;; 그러나 이 역시 메모리와 디스크가 일체로 가상 메모리를 이루는 오늘날의 운영체제 하에서는 완전히 흑역사가 된 지 오래이고, 그 대신 얼추 비슷한 개념을 사용자 계정 컨트롤이 대신 담당하고 있다. 도스 시절 만세이다. ^^;;

Posted by 사무엘

컴퓨터 구조를 공부하면서 배우는 기본 개념 중 하나는, ‘컴퓨터 내부에서 숫자가 표현되는 원리’이다.
부호 있는 정수는 소위 말하는 ‘2의 보수’ 형태로 표현되는데, 이것은 모든 비트가 1인 숫자는 -1이 되는 형태이다. 이런 방식을 쓰는 이유는 연산 회로를 설계할 때, 뺄셈을 덧셈의 변형만으로 매우 손쉽게 구현할 수 있는 체계이기 때문이다.

베이직 언어는 다른 언어들과는 달리 TRUE의 값이 -1인데, 그 이유가 바로 이런 컴퓨터의 구조와 관련이 있다. 베이직은 비트 연산자와 논리 연산자의 구분이 없기 때문이다.
0 아니면 1밖에 모르는 디지털 컴퓨터는 연속이나 무한 같은 개념을 표현할 수 없다. 숫자도 정수만 다루는 데 익숙하다. 그러나 현실 세계에서 발생하는 문제를 해결하려면 소숫점이 동반된 실수를 다뤄야 할 일도 매우 자주 발생한다.

소수를 표현하는 가장 간단한 방법은 소위 ‘고정소수점’이다. 가령 32비트 고정소수점의 경우, 정수와 완전히 똑같은 방법으로 숫자를 표현하되 실제로는 그 수의 의미를 정수를 16비트 크기만큼(65536) 나눈 것으로 인식하는 것이다. 즉, 수의 정밀도만 1이 아닌 1/65536으로 기계적으로 높아지는 셈.

고정소수점은 일단 덧셈· 뺄셈· 비교 연산을 정수와 완전히 동일한 방식으로 할 수 있어서 처리 속도가 매우 빠르며, 곱셈과 나눗셈을 할 때만 약간 주의해서 자릿수 정돈을 하면 되니 편하다. 실제로 일부 벡터 그래픽이나 글꼴 쪽 분야에서는 이런 고정소수점 방식이 잘 쓰이고 있다. 그러나 표현 가능한 수의 범위가 매우 심각하게 제한을 받기 때문에 범용성은 떨어진다.

자리수의 제약을 받지 않고 소수점을 좀더 자유롭게 표현하려면, 유효숫자와 자릿수를 따로 둘 필요가 있다. 그게 훨씬 더 실용적이다. 부동(floating)이라는 개념이 여기에서서 나왔다. 제일 큰 자리수의 숫자가 무엇이며 그 뒤에 0이 몇 개 붙느냐가 중요한 것이다.

이런 체계에서는 10.5에서 0.5는 제대로 표현할 수 있지만, 10000000.5에서 0.5는 손실될 가능성이 커진다. 그리고 한 숫자를 결국 두 수의 조합으로 표현해야 하므로, 각종 연산이 단순 정수보다 훨씬 더 느리고 힘들어진다.

옛날에는 이런 부동소수점 계산을 하드웨어 회로 차원에서 바로 해 주는 코(보조)프로세서가 별도로 존재했다. fdiv, fmul 같은 인스트럭션. 심지어는 제곱근이나 삼각함수 값까지 바로 구하는 명령이 있다!
하지만 시중에는 그런 게 없는 컴퓨터도 있다는 얘기이기 때문에, 1990년대에 상업용으로 쓰이던 어지간한 컴파일러들을 보면 소프트웨어적으로 부동소수점 계산을 흉내 내는(엄청 느리지만-_-) 코드를 추가할지를 지정하는 옵션도 있었다.

그런데 부동소수점을 표현하는 방식 자체가 통일돼 있어야 그 기준에 따라 코프로세서를 만들든지 말든지 할 수 있을 것이다. 그 표준 규격이 바로 IEEE754이다. 1985년에 제정되었다.

이 규격은 좀 정밀도가 떨어지지만 처리 속도가 더 빠른 32비트와, 용량이 넉넉하지만 역시 속도의 압박이 있는 64비트로 나뉜다. CPU 단위가 16비트이고 부동소수점을 소프트웨어적으로 처리하는 게 보편적이던 옛날에는, 아예 컴파일러 재량으로 소프트웨어적으로 구현한 48비트(6바이트-_-.. 파스칼에서 Real) 실수와 80비트(C/C++에서 long double) 실수도 존재하였으나 지금은 완전히 흑역사가 되었다. 요즘은 화면 픽셀 크기도 24비트는 존재하지 않으며 32비트이다. 죄다 컴퓨터가 처리하기 편한 단위로 그냥 확장된 듯하다.

제일 간단하게 말하자면, 32비트 실수에서는 1비트는 이 수의 부호를, 다음 8비트는 지수를, 다음 나머지 23비트는 유효숫자를 나타낸다. 64비트 실수에서는 그 비율이 1:11:52이다.
컴퓨터가 사용하는 부동소수점의 지수의 밑은 너무 당연한 말이지만 10이 아니라 2이다. 따라서 2의 거듭제곱의 역수가 아닌 모든 소수들은 끝자리가 잘린 ‘순환소수’가 된다! 0.25, 0.125, 0.5 같은 수가 아닌 다른 모든 수들.. 0.1, 0.2, 0.3 이런 것들은 화면에서는 적당하게 근사되어 표현되었다 할지라도 실제로는 그 수의 100% 정확한 형태로 저장되지 않은 셈이다. 부동소수점의 한계를 분명히 알고 있어야 한다.

어쨌거나.. 2^23과 2^52에다 base가 10인 로그를 씌워 보면 32비트 실수의 유효숫자 정밀도는 약 7자리, 그리고 64비트 실수의 정밀도는 약 15자리라는 걸 알 수 있다. 그리고 표현할 수 있는 자리수의 범위는 32비트는 약 38자리, 그리고 후자는 약 308자리이다(비트가 3개 더 늘어서 2^3인 8배가 더 늘었으므로). 소수점 밑으로도 그만치 내려갈 수 있다.

까놓고 말해 이런 공용체를 통해 부동소수점을 쉽게 해부할 수 있다.

union REAL {
   float fValue;
   struct {
      unsigned sign: 1; //부호
      unsigned expo: 8; //지수부
      unsigned mantissa: 23; //가수부
   };
};

공용체와 비트 필드가 존재하는 C/C++ 만만세. ㄲㄲ
단, 우리가 쓰는 인텔 CPU는 little endian이므로 sign, expo, mantissa 순이 아니라 반대로 mantissa, expo, sign으로 멤버 순서만 바꿔 주면 된다. 쉽죠?

그런데 지수부와 가수부 사이에 아무런 제약을 가하지 않을 경우 동일한 숫자를 여러 방법으로 표현할 수 있게 되어 문제가 생긴다. 4를 2의 2승, 4의 1승 이런 식으로 표현하듯이 말이다. 그래서 IEEE754는 가수부는 가장 큰 자리수의 비트값이 무조건 1인 것만 인정하게 하고 그 1은 명시적인 표기를 생략했다. 이를 ‘정규화’된 형태라고 한다.

거두절미하고, 32비트 부동소수점에서 구조체의 각 멤버로부터 부동소수점 값을 다시 얻어 오는 식은 다음과 같으므로 참고하자. 식에서 23과 24는 가수부의 자릿수 23비트와 관계가 있으며, 126은 지수부의 크기 8과 관계가 있다. 2의 8-1승보다 2 더 작은 값이다. 1<<23이 바로 생략된 최대 자리수인 셈이다.
그저 의미를 알 수 없는 블랙박스 같던 부동소수점이 좀더 친근하게 와 닿을 것이다.

pow(2.0, (double)( (int)a.expo-24-126))* ((1<<23)|a.mantissa) * (a.sign ? -1:1)

IEEE754에는 이외에도 무한대를 표현하거나 불능을 뜻하는 규격이 있다. 정수를 0으로 나누면 CPU 차원에서 바로 exception이 일어나지만 부동소수점은 에러는 안 나고 저런 특수한 숫자가 돌아온다.
또한 정규화를 해서 자리수를 강제로 늘리는 바람에 표현할 수 없게 된 일부 극히 작은 수를 별도로 표현하기 위해 내부적으로 심지어 ‘고정소수점’ 방식을 임시로 사용하는 규정조차 갖추고 있다. 마치 퀵 정렬이 작은 구간에서는 삽입 정렬을 사용하기도 하는 것처럼 말이다. 이에 대한 더 이상의 자세한 설명은 생략하겠다.

참고로,
1. IEEE754 부동소수점에는 구조적인 한계로 인해 0이 +0과 -0 이렇게 두 개 존재한다.
2. 역사상 최초의 전자식 컴퓨터로 일컬어지는(논란의 여지는 좀 있지만) 에니악은 10진법을 사용했다! 전자 신호 4비트(=16)로 10진법 숫자 하나를 표현했을 것이고 매우 비효율적으로 동작했을 것이다. 하지만 그 당시엔 이 기계로 탄도 계산도 하고 풍동 실험도 하고 심지어 일기 예보도 했었다.

Posted by 사무엘

1.
요즘 스마트폰 프로그램 개발 플랫폼:
- 안드로이드: 자바
- 아이폰: 오브젝티브 C
- 윈도우 모바일: C/C++
아주 언어까지 가지각색 제각각이네. =_=;;;
생각해 보면 각각 데스크톱 PC에서 리눅스, 맥OS, 윈도우 진영이 그대로 형태만 바뀐 게 아닌가 싶다.

그래서 이런 기기 프로그램 개발하는 회사들.. 특히 문자 입력 솔루션을 개발하는 회사들이 고역이라고 한다. 서로 극단적으로 다른 분야인지라, 동일한 제품을 만들어도 플랫폼별로 프로그래머를 따로 고용해야 하기 때문에.

2.
64비트 윈도우에는 32비트 모듈과 64비트 모듈이 서로 철저하게 분리되어 있으며 시스템 디렉터리가 둘 존재한다.
그런데, SysWOW64는 32비트 dll이 들어있는 곳이고, system32가 64비트 dll이 들어있는 곳이다. 헷갈리지 말자.
이름에 들어있는 숫자하고 실제 숫자가 서로 일치하지 않는다는 게 아이러니이다. ^^;;;

3.
윈도우 7은 비스타와 비슷한 기술 계층 위에서 UI가 굉장히 세련되게 많이 바뀌어서 호평 받고 있다. 그 중엔 창을 화면 한구석으로 끌면 자동으로 창을 최대화하거나 좌우 반쪽을 꽉 채우게 바꾸는 기능이 있다. 대부분의 상황에서 그건 편리한 기능이긴 한데, 그래도 정말로 창을 그렇게 구석으로 살짝 치우기만 하고 싶고 최대화를 시키고 싶지는 않을 때는 어떡하는지가 좀 의아하다.
툴바를 도킹할 때처럼 ctrl 키를 누르고 있으면 채우지 않게 한다거나 하는 기능이 필요하지 않을까?

4.
윈도우 7 얼터밋 같은 상위 에디션에는 윈도우 XP 가상 머신이 추가되어 있다. 이것은 단순히 VMware 같은 가상 머신 유틸이 추가된 게 아니라 아예 윈도우 XP 모드로 웹브라우저를 다른 7 응용 프로그램들과 동일한 위상으로 돌려 주는 기능도 제공한다. 이걸 보고 적지 않게 놀랐다. XP 가상화 모드로 실행된 IE는 Aero 적용도 받지 않고, XP 스킨을 그대로 유지하고 있다. 하지만 다른 프로그램과 동일하게 다루는 게 가능하다.
그런데 그렇게 XP 가상화 모드로 실행된 프로그램의 윈도우의 클래스 이름이 RAIL_WINDOW이다. rail이 난간, 울타리라는 뜻이 있으니 그런 이름이 붙은 것 같다.

전에도 글로 썼듯이, 본인은 집이나 회사에서나 온통 비스타밖에 안 쓴다.
하지만 바깥에서는 차라리 XP를 쓰면 썼지 비스타 구경하기는 굉장히 힘들어져 있다. 온통 7 쓰니까. ^^;;

5.
본인은 초딩· 중딩이던 시절엔 제발 더 좋은 컴퓨터 좀 장만해 달라고 부모님을 진짜, 엄청 속 썩였는데
이제는 정반대로 지나칠 정도로 이쪽으로는 무덤덤해져 버렸다.
그때야 XT, AT, 386, 486.. 컴의 성능이 한 단계 한 단계 올라갈수록 당장 돌릴 수 있는 프로그램의 스케일이 극단적으로 달라지고 그야말로 천지개벽의 변화가 있었던 반면,

이제는 어지간한 넷북 수준의 컴퓨터에서도 비주얼 스튜디오 깔아서 프로그램 개발하는 덴 별 지장이 없으니, 업그레이드의 필요성을 별로 안 느끼게 된 것이다.
그래서일까? 명색이 IT 업계 종사자 소프트웨어 개발자라면서 본인은 우리 회사에서 최고령 휴대전화를 쓰고 있다. ^^;; 자동차로 치면 아직까지 포니, 스텔라, 엑셀 같은 차를 몰고 있는 것이다.

튼튼하고 배터리 오래 가고 통화· 문자만 되면 된다. 잃어버리거나 고장나지 않는 이상 도무지 전화기를 바꿀 필요를 느끼지 않는다. 본인에게는 인터넷이 되는 작은 전화기보다, 인터넷 안 되더라도 정상적인 타이핑이 가능한 휴대용 컴퓨터가 훨씬 더 필요하다.
오히려 부모님이 나보고 폰 좀 바꾸라고 성화일 정도이니 세상이 과연 극과 극으로 바뀌었다. ^^;;

그나저나 20~30년 전에 비해 다른 모든 분야의 물가는 2배~3배 가까이 뛴 반면(버스비, 라면· 우유값, 자장면 값 따위를 생각해 보라), 컴퓨터는 성능이 그야말로 넘사벽 충공깽 급으로 향상됐음에도 불구하고 가격은 예나 지금이나 여전히 수십만~100수십만 원..;; 보편적인 물가를 역행해도 한참 역행하고 있다. 정말 신기한 노릇이다!!

Posted by 사무엘

Posted by 사무엘

본인은 컴퓨터 가상화 프로그램으로 VMware와 도스박스(DOSBox)를 애용하고 있다. 순수 도스와 윈도우 3.x까지를 돌리는 데는 도스박스가 독보적인 솔루션인 반면, 윈도우 9x부터 시작해 여타 NT급 운영체제, 리눅스 등을 구동할 때는 VMware를 사용한다.

둘은 구동하는 방식이 근본적으로 다른데 이 차이를 세세히 논하기 위해서는 나도 잘 모르는 CPU 계층에서의 난해한 개념 설명이 필요하다. 하지만 다 모르더라도 이 사실 하나만 기억하면 된다. VMware(와 기타 동급의 가상화 프로그램)는 CPU가 하드웨어 차원에서 자체 제공하는 가상화 기능을 적극 활용하여 동작하며 이는 32비트 윈도우 NT급 운영체제가 아주 허접하게 호환성 에뮬레이션 계층으로 제공하는 NTVDM도 마찬가지이다. 하지만 도스박스는 CPU 동작 자체를 포함해 모든 하드웨어 동작을 소프트웨어적으로 흉내 낸다.

그 결과 둘은 제각기 일장일단을 갖게 된다. D는 동작 방식의 특성상, 태생적으로 성능은 V보다 꽤 뒤쳐진다. 오늘날의 1~2GHz급 초고성능 컴퓨터에서 겨우 90년대 중반, 윈도우 95 출현 직전의 486~펜티엄급 PC의 성능을 낸다. 사실, 도스의 수명은 거기가 끝이었으므로 그 정도만 동작해도 D는 제 할 일 충분히 해 낸 셈이다. 32비트 보호 모드도 지원하여 둠 정도까지는 도스용을 잘 실행해 내지만, 퀘이크까지 되면 차라리 윈도우용으로 포팅된 퀘이크를 돌리는 게 낫다는 뜻.

하지만 D는 소프트웨어 계층이 담당하는 일이 많은 덕분에, V의 방식으로는 상상도 할 수 없는 다양한 옛날 하드웨어를, 호스트 컴퓨터의 성능만 좋다면 얼마든지 재현해 낼 수 있으며 컴퓨터 구동 속도도 세밀하게 제어할 수 있다.

V의 경우 PC 스피커 소리가 제대로 나지 않으며, 위험한 데이브는 너무 빠르게 돌아가고 금도끼(도스용)는 너무 느릿느릿 실행된다. 이것은 V의 방식으로는 소프트웨어적인 방법으로 제어를 할 수 없다. 윈도우 3.x를 설치는 할 수 있으나 guest extension(VMware tools)을 제공하지 않으며 겨우 16컬러 VGA에서밖에 사용할 수 없다. 사실 V는 근본적으로 16비트 구닥다리 플랫폼 에뮬이 주된 목적인 제품이 아니다.

그 반면 D는 어떤가? 아예 PC 스피커 소리와 옛날 애드립 소리를 사운드카드로 흉내 내어 준다. 그냥 비프음뿐만 아니라, 하드웨어를 교묘하게 제어하여 PC 스피커로 얼추 사운드카드 소리를 내던 기법까지 완벽하게 재현된다! 화면/동영상/음성 캡처야 요즘 가상화 프로그램들이 거의 필수로 갖추고 있는 기능이지만, 아예 프로그램이 내리는 미디 명령을 캡처하여 게임 음악의 미디 악보를 저장하는 기능은 하드웨어를 소프트웨어적으로 흉내 내지 않고서는 구현할 수 없는 기능인 것이다.

없는 하드웨어를 소프트웨어로 다 만들어 준다. 일일이 autoexec나 config.sys 튜닝을 하지 않아도 EMS, XMS 같은 메모리 세팅도 다 자동으로 해 주고, 과거의 베사 SVGA 비디오나 미디 카드, 마우스, 심지어 모뎀 따위도 프로그램이 필요로 하면 다 잡아 주니 V와는 비교가 안 되는 그야말로 도스 천국이 아닐 수 없다. 옛날 잡동사니 드라이버 파일을 뒤지면 윈도우 3.x도 그래픽/사운드 잡아서 쓸 수 있다. 더구나 D는 무려 윈도우 9x에서도 돌아간다!

아무튼 D는 참 대단한 프로그램임이 틀림없다.
그러고 보니 굳이 NT 계열로 운영체제가 완전히 넘어가기 전부터도 윈도우 9x 시대가 되면서 디렉터리의 파일들을 정렬-_-해 주는 유틸리티, 그리고 파일 첫 글자를 입력하여 지운 파일을 살리는 undelete 유틸리티는 아련한 추억 저편으로 사라진 것 같다. FAT32를 도입한 윈도우 95 OSR2가 이를 더욱 가속화한 게 아닌가 싶다. 요즘 NT 계열에서 쓰이는 NTFS는 아예 구조적으로 파일이 자동으로 정렬이 유지되는 파일 시스템이다.

그 전의 FAT16은 하드디스크 크기를 겨우 2GB까지밖에 인식 못 했었다. 요즘은 하드가 아니라 램 크기가 수 GB인데! ㅎㄷㄷㄷ FAT16이 MS 도스 4.0에서 처음 도입되어서 그때는 그걸 갖고 “하드디스크 용량 제한이 ‘없어졌다’”라고 말을 붙이곤 했다. (과거의 FAT12는 한술 더 떠서 하드디스크를 32MB까지밖에 인식 못 했음)
하지만 윈도우 9x는 FAT32로도 100수십 GB 이상의 하드는 제대로 인식 못 하니 어차피 요즘 컴퓨터에서는 쓰지도 못한다.

참고로, VMware에다 과거 윈도우 운영체제를 설치해 보면, 2000/ME부터는 사운드를 자동으로 인식하고 멀티웨이브까지 되는 반면 95/98은 그렇지 못하다. USB 메모리를 안전하게 제거하는 트레이 메뉴가 추가된 것도, 그리고 미디에 소프트웨어 신시사이저가 기본 내장된 것도 2000/ME부터이다.

이런 맥락에서 보면 윈도우 ME는 같은 9x 계열 중에서 그저 나쁘기만 한 게 아니라 최신 하드웨어의 지원 면에서는 98 SE보다 나아진 점도 분명 있다. 하지만 괜히 도스로 부팅하는 기능만 쏙 빼서, 도스 지원 때문에 윈도우 9x 계열을 일부러 선호하는 사용자들로부터도 외면 받았고, 1년 남짓 XP가 출시되는 바람에 아주 짧은 시간만에 묻혀 버린 비운의 마지막 9x 계열 운영체제로 역사에 기록된 셈이다.

98도 마찬가지. 처음 나왔을 때는 윈도우 95+IE4 통합일 뿐이라고 비아냥거림이 많았지만, 95는 마우스 휠, USB, 멀티 모니터라는 개념 자체가 없었던 캐 구닥다리였다. 그런 것들이 도입되고 IME의 문자 입력 프로토콜이 유니코드로 확장된 것만으로도 98은 정말 숨통을 튼 것이었다. 98 SE는 윈도우 9x 계열 중에서는 정말 최장수 안정판이었음도 주지의 사실이다.

Posted by 사무엘

지금은 오나전 아련한 추억이 됐죠. ㄱ-

1. 포트 충돌이 일어나면 모뎀과 마우스를 동시에 못 쓰던 것. ㄲㄲㄲㄲㄲㄲㄲㄲ
(시스템 종료 후 컴이 자동으로 꺼지기 시작,
마우스 휠과 USB 포트, 키보드와 마우스 단자가 PS 포트로 변경...
한 97~99년을 전후해서 다 그렇게 바뀐 것 같더군요.)

2. 도스를 완전히 못 벗어난 윈도우 9x 특유의 블루 데드 스크린과
64KB 리소스 제약..
이건 지구상의 어떤 운영체제에도 없던 이상한 제약이 아니었나 싶습니다.
16비트에서는 도스, 아니면 풀 32비트에서 유닉스, OS/2급의 빵빵한 운영체제 이런 구도였지, 둘을 저렇게 짬뽕한 OS는 윈도우 9x 부류가 유일했으니까요. MS가 고객 수요에 맞춰 장사를 정말 잘 한 것입니다.

3. 물론 이건 운영체제라기보단 드라이버 탓이 더 크겠지만
윈도우 98 시절까지만 해도 멀티웨이브 안 되던 컴도 많았어요. -_-;;
사운드 카드가 동시에 한 프로그램밖에 쓸 수 없는 자원이었던 캐암울한 시절도 있었습니다. ㄱ-

윈도우 2000/ME로 넘어오면서부터

- 소프트웨어 시뮬만으로 미디 신시사이저 지원
- 멀티웨이브 본격 지원
- 메모리 스틱, 외장하드 등 어지간한 USB 기억장치를 자동 인식. "이 장치를 안전하게 제거" 메뉴 자체가 생김 (98 SE는 아직 그런 거 없음.)

꽤 많은 변화가 생겼던 것 같습니다. 과거의 제약이 차츰 사라졌죠.
윈도우 ME는 비록 악명은 높지만 최신 하드웨어 인식 잘 하는 건 98보다 뛰어나다는 걸 확실히 인정함.

그리고 마우스 포인터.
제 기억이 맞다면, 아마 윈도우 2000은 VGA 640*480 16 컬러에서 돌아갈 때도 마우스 포인터가 그래픽이 바뀌는 곳에서 깜빡거리지 않을 거에요. 그거 보고 무척 놀랐던 기억이 납니다.
XP부터는 이제 안전 모드에서도 VGA 16컬러는 볼 일이 없어졌고... ㄱ-

하드웨어 지원을 받아서 마우스 포인터가 깜빡거리는 게 없어진 것이 한 90년대 중반부터인데, 이때도 지원이 완전하지는 못해서 흑백 monochrome 기본 커서가 아닌 커스텀 포인터는 여전히 깜빡거리기도 했었습니다.

CD롬 부팅 후 곧바로 운영체제 설치가 가능해진 것도 2000부터이죠?
NT에 그런 기능 있었을 리는 없고,
9x 계열에도 그런 거 없습니다. 그래서 vmware에서 세팅할 때도 먼저 도스 + fdisk 파티션부터 만들어야 합니다.

Posted by 사무엘