전자회로를 이용하여 자동적으로 계산이나 데이터를 처리하는 기계. 전자계산기(電子計算機)라고도 한다. 컴퓨터에는 아날로그형(연속형)과 디지털형(계수형)이 있는데, 아날로그형은 1960년대 이후에는 거의 사용을 하지 않기 때문에 여기서는 주로 디지털형에 대하여 설명하기로 한다.

【디지털계산기의 역사】 계산도구 중 가장 간단한 것은 주판(籌板)이며, 역사는 매우 오래되었다. 톱니바퀴[齒車]를 응용한 수동(手動)의 계산기는 17, 8세기에 와서 B.파스칼과 G.W.라이프니츠에 의하여 창안된 이래 여러 가지로 개량되고 발전하여 가감산(加減算)뿐 아니라 곱하기·나누기 계산도 자동적으로 처리할 수 있게 만들었으나, 복잡한 계산의 처리순서를 자동화하는 데까지는 이르지 못하였다.

오늘날 컴퓨터에서 프로그래밍(programming)에 해당하는 일련의 명령을 해독하면서 자동적으로 계산을 실행하는 기계를 19세기 초에 영국의 수학자 C.배비지가 계획하였다. 그 시작기(試作機) 중에서 차분기관(difference engine)과 해석기관(analytical engine)이라는 것이 현재에도 남아 있다.

배비지의 계산기는 모두 기계부품을 이용했기 때문에 성공하지 못하였으나 그 착상은 주목할 만한 것이었다. 자동적으로 계산을 실행하는 최초의 기계는 하버드대학의 H.H.에이컨이 지도하여 만든 릴레이(relay) 계산기 MARK-I로 1944년에 완성되었다. 전자식(電子式) 계산기, 즉 진공관(眞空管)을 사용한 계산기로 최초로 성공한 것은 45년경에 펜실베이니아대학의 J.W.모클레이와 J.P.에커트에 의하여 만들어진 ENIAC(electronic numerical integrator and computer)이다. ENIAC은 1만 9000개의 진공관을 사용한 규모가 큰 기계로서, 배선반(配線盤)으로 프로그램을 실행하기 때문에 융통성이 부족하였다.

현재의 컴퓨터처럼 기억장치에 컴퓨터의 명령과 수치를 함께 기억시키는 이른바 내장방식(內藏方式:stored program)을 제안한 것은 46년 J.L.노이만으로, 오늘날 컴퓨터의 기본적인 지도원리가 되고 있다. 이 원리를 기초로 EDVAC(펜실베이니아대학), IAS(프린스턴대학), EDSAC(케임브리지대학) 등의 개발이 시작되어, 49년 EDSAC이 최초로 프로그램 내장방식 컴퓨터를 완성하였고, EDVAC(electronic discrete variable automatic computer:펜실베이니아대학)은 51년에 완성했다.

EDVAC은 수은지연회로(水銀遲延回路)에 의한 전용(專用)의 기억장치 1,024어(語)의 기억용량을 가지고 있고, 저장된 자료 및 명령어에 의하여 연산을 실행할 수 있다. 최초의 상업용 컴퓨터는 스페리 랜드사의 UNIVAC-I(universal automatic computer)로 51년에 완성되었다.

UNIVAC-I은 주기억용량이 2,000어로서 수은지연회로의 기억장치를 가지고 있고, 자기테이프(磁氣 tape)를 입출력장치로 한 것이었다. 상업용 컴퓨터가 사용되기 시작한 이래로 지금까지 하드웨어(hardware) 면에서 본 컴퓨터의 발달과정을 몇개의 세대(世代)로 나누어 보면, 제1세대는 진공관을 주요 소자(素子)로 하는 컴퓨터로 1950년부터 56~7년까지, 제2세대는 트랜지스터와 다이오드 등의 반도체 소자를 사용한 컴퓨터로 57년경부터 64년경까지, 제3세대는 집적회로(IC)를 사용한 컴퓨터로 65년경부터 70년대 중반까지, 제4세대 컴퓨터는 75년부터 최근까지로 고밀도집적회로(LSI 및 VLSI)를 사용하고 있다. 제5세대는 인공지능형으로서 현재 계속 연구 중이다.

【컴퓨터의 구성】 컴퓨터의 중심을 이루는 것은 중앙처리장치인데, 중앙처리장치는 주기억장치로부터 명령을 취하여 실행한다. 명령을 실행하는 데 필요한 데이터가 있으면 역시 주기억장치로부터 꺼내어 그것이 계산명령이면 여러 가지 연산용 레지스터를 이용하여 계산을 실행한다.

만일 명령이 새롭게 데이터를 읽어야 한다거나 중간결과를 써 보낸다거나 하는 입출력명령인 경우는 데이터 채널(data channel)에 입출력조작을 하도록 지령을 내린다. 주기억장치는 액세스 타임(access time:도달시간)이 빠른 기억장치로, 기억단위(word)에는 각각 고유의 번지(address)가 붙여지고, 수천 또는 수만 어(語)를 기억시킬 수 있다. 또한 명령어와 데이터어를 기억할 뿐 아니라 중앙처리장치와 데이터 채널 사이에서 기억한 내용을 주고받는다.

데이터 채널은 중앙처리장치로부터 입출력명령을 받으면 주기억장치에서 채널명령을 취하여 그 명령에 따라 출력장치와 주기억장치 사이에서 데이터 주고받기를 한다. 데이터 채널에는 카드판독(card read)장치·인쇄기·자기테이프장치 등의 많은 입출력장치와 대용량의 자기드럼(磁氣 drum), 자기디스크(磁氣 disk) 등의 보조기억장치, 그 밖에 데이터 전송의 전송제어장치·도형표시장치 등의 특수한 입출력장치가 접속된다.

【기억장치】 컴퓨터의 기억장치로 최초에 등장한 것은 초음파와 수은탱크에 의한 지연회로(遲延回路)이며, 이보다 약간 늦게 브라운관에 의한 정전(靜電)기억장치와 자기드럼이 제1세대와 제2세대 초기에 걸쳐 주기억장치로 이용되었고, 기억소자에 각형(角形) 자기이력현상(磁氣履歷現象)을 가진 도넛 모양의 페라이트코어(ferrite core:磁心)를 자화하여 1비트(bit:2진수의 1자리)의 정보를 기억하는 코어를 수만~수백만 개 모아서 기억장치로 한 자심기억장치는 반도체 기억장치가 출현하기까지 주기억장치의 대다수를 차지하였다.

또한 이 시기에 연구된 자성체의 얇은 스폿을 유리기판에 진공증착(眞空蒸着)시킨 자기박막기억장치(磁氣薄膜記憶裝置)와 그 변형은 더 고속도의 기억장치이다. 가장 널리 사용되고 있는 반도체 기억장치는 1960년 말경부터 실용되기 시작하여 고밀도집적회로(LSI) 기술의 발달로 70년대에 들어와서 본격적인 실용이 정착되었다.

반도체 집적회로에 의한 장치기술은 쌍극성형(bipolar 形)과 MOS(metal oxide semiconductor)형으로 나누어지는데, 쌍극성형은 MOS형에 비하여 일반적으로 소비전력이 많고 고속동작에 적합하나, MOS형은 쌍극성형에 비하여 집적도를 올릴 수 있지만 절환시간(switching time)이 떨어질 수 있다.

최근의 모든 컴퓨터에는 MOS형을 사용하고 있다. MOS형 중에서 P-MOS는 제조가 쉬우며, N-MOS는 동작속도가 빠르고, C-MOS는 소비전력이 적은 것이 특징이다. 자기드럼장치는 자성면기억(磁性面記憶) 중에서는 도달시간이 가장 짧고 기구가 단순하여 신뢰도가 높기 때문에 개발 초기에는 주기억장치로 사용되었으나, 현재에는 TSS(time sharing system:시분할시스템)·통신계·좌석예약 시스템 등 즉시성을 요구하는 고속주변장치로서 수백만어 이상의 대용량의 것이 이용되고 있다.

이것은 원통 모양의 회전체 표면에 강자성체(强磁性體)의 얇은 피막을 입힌 것으로, 그 원기둥을 따라 자기기록용 헤드(head)를 배열한 것이다. 자기디스크 기억장치는 고속회전하고 있는 자성원판상에 미소한 간격으로 자기헤드를 유지하여 동심원상의 다수의 트랙(track)에 정보를 기록하는 장치로 무순도달(無順到達:random access) 기능을 가진다.

자기드럼에 비하여 동일부피에서 기록면적이 크게 되므로 소형·경량이 되고, 또한 회전축상에 자성원판을 여러 장 겹쳐 쌓을 수 있어 기억용량이 크다. 자기디스크장치는 강자성 재료를 입힌 지름 36~64 cm 정도의 원판, 읽고 쓰는 헤드, 이것을 받치는 암(arm), 헤드의 이동과 위치를 결정하는 포지셔너(positioner)로 구성된다.

정보는 회전축을 중심으로 하는 동심원을 따라 기록되는데, 이들 동심원을 트랙이라 한다. 자기헤드는 도달간(到達桿:access arm)의 앞에 장치되어 있어 도달간이 먼저 움직여 원판상의 트랙을 찾고, 트랙상의 기억 위치가 회전하여 헤드의 아래를 통과할 때까지 기다려 읽고 쓰게 된다. 또한 디스크를 모두 교환하여 사용할 수 있는 디스크팩(diskpack) 기억장치도 있다.

또, 디스크를 작은 시트 모양으로 하여 간단히 교환할 수 있도록 한 플로피 디스크(floppy disk:diskette 이라고도 한다) 기억장치는 속도와 용량면에서는 뒤떨어지나, 가격이 저렴하고 간편하여 소규모의 컴퓨터에 많이 이용되고 있다. 자기테이프 장치는 외부기억장치로서 너비 12.7 mm, 길이 720~1,080 m의 폴리에틸렌텔레프탈산계 테이프로 자성재료를 도포하여 데이터를 그곳에 기록하는데, 7트랙(7개의 평행트랙)의 8열/mm(200 rpi:rpi는 rows per inch)·22열/mm(556 rpi), 9트랙에서 32열/ mm(800 rpi)·63열/mm(1,600 rpi)·246열/mm(6,250 rpi)의 밀도로 정보가 기록된다.

읽고 쓰는 장치는 테이프 리코더와 같은 원리이나, 다른 점은 디지털정보의 포화자기기록(飽和磁氣記錄)이라는 것, 전송속도를 향상시키기 위해 고속화, 급격한 기동·정지를 신속처리하도록 특수한 기구를 갖고 있다. 자기테이프 장치는 비교적 값이 저렴하고 다른 매체에 비하여 부피기록밀도가 높고 자리를 잡지 않는 등의 이점으로 대량 데이터의 보존 및 운반, 순차처리 데이터를 주로 하는 업무 등에 널리 사용되고 있다.

초대용량(MSS:mass storage system) 기억장치는 기억용량이 1011∼1012 비트 이상, 평균 도달시간이 초(秒)인 주변기억장치를 말하며, 기록매체로서 자기테이프 재료 등의 자기기록재료를 이용한 초대용량 기억장치는 자기테이프·자기디스크 장치를 보완하는 초대용량 기억장치로, 또 은행과 보험회사 등의 저속(低速) 초대용량의 온라인 기억장치로, 또는 국가적 프로젝트 등 데이터 베이스(data base)에 사용된다.

이 밖에 특수기억장치로 초전도체의 박막으로 기억회로를 구성하여 극저온(極低溫)하에서 동작시키는 초전도 기억장치, 기억매체에 대하여 광학적(光學的)인 방법을 이용하며 정보를 읽고 쓰는 광기억장치, 브라운관 기억을 발전시킨 전자빔 기억장치 등이 있다. 이상의 기억장치들은 모두 기억을 읽고 쓰고 할 수 있으나, 기억의 내용이 고정되어 있어 읽기만 할 수 있고, 쓸 수 없는 기억장치 ROM(read only memory)도 있다.

사진기술을 응용한 고정기억은 대량의 데이터를 기록할 수 있어 자동번역되는 사서(辭書)와 같은 응용을 생각할 수 있다. 또한 IC의 고정기억은 컴퓨터 논리회로의 일부를 프로그래밍으로 대용시킴으로써 보다 저렴한 컴퓨터를 설계할 수 있다.

【입출력장치】 컴퓨터에 정보를 넣는 것을 입력(input)이라 하고, 컴퓨터로부터 정보를 얻어 내는 것을 출력(output)이라 한다. 입출력을 실행하는 것이 입출력장치이다. 원표(原票)를 컴퓨터에 넣을 수 있는 데이터로 작성하는 방법으로 천공(穿孔)카드를 많이 이용하는데, 천공카드(punched card)는 오래 전부터 정보처리의 기록매체로 취급과 보관이 용이하고, 또 수시로 순서를 바꾸거나 추출이 가능하기 때문에 널리 이용되고 있다.

천공카드는 1890년에 미국의 통계학자 H.홀러리스에 의하여 고안되었는데, 최초의 목적은 미국의 국세조사(國勢調査)의 집계를 산출하는 것이었으며, PCS(punch card system:회계기·분류기·照合機·복사기 등)를 이용함으로써 성공적으로 수행하였다. 이로써 일련의 천공카드 통계기계가 연달아 상품화되었다.

천공카드는 세로 8.26 cm, 가로 18.7 cm, 두께 0.017 cm의 좋은 질의 카드로 1매에 80자까지 천공할 수 있다. 카드판독기 장치는 광전관(光電管)으로 카드상의 천공을 검출하여 데이터를 읽는다. 천공종이테이프(paper tape, punched tape)는 제조하기 쉽고 다른 매체에 비하여 값이 싸며 부호의 확인·절단·접합(接合)·보존 등이 용이하여 정보의 기록매체로서 많이 이용되고 있다.

너비 2.54 cm의 테이프로 5단위·6단위용은 전신기용(電信機用)이고 정보처리의 주변단말 장치용으로서는 8단위가 주로 이용되는데 1 cm에 약 4자를 천공할 수 있다. 읽기는 광전관에 의하여 행해지며 읽는 속도는 천공카드와 같이 매초 수백 자이다. 문자·부호판독장치는 자성잉크문자판독기(magnetic ink character reader:MICR)와 타이프라이터와 프린터 등에서 인쇄한 문자를 광전식(光電式)으로 읽는 광학문자판독기(optical character reader:OCR)가 상품화되고 있으나 해독할 수 있는 활자의 모양과 종류가 제약되어 있다.

일부에서는 편지의 문자를 읽는 장치도 실용화되고 있다. 인쇄장치인 라인프린터(line printer)는 회전하는 드럼 또는 벨트상에 식자(植字)된 활자를 카본 리본(carbon ribbon)을 통하여 소요되는 활자가 인자(印字) 위치에 왔을 때 해머를 두드리게 하여 인쇄한다. 인쇄속도는 매분 수백~수천 행이고 1행에 130자 정도 인쇄할 수 있다.

레이저 프린터(laser printer)는 전자사진식(電子寫眞式) 인쇄기로 광파(光波)로서 레이저를 이용한 것인데, 속도는 매분 1만 행 정도이고 용지도 보통용지를 사용할 수 있기 때문에 프린터로서 급속한 개발이 진행되고 있다. 음성응답기(audio response unit)는 언어의 요소를 별도로 기록하여 두고, 응답문에 따라 요소를 어떻게 서로 연결시킬 것인지를 결정하여 응답문을 만들어내는 방법이다.

주파수의 합성에 의하여 직접 응답문에 해당하는 음성을 만들어내는 방법도 있다. 음성을 펄스화하여 음성요소를 일반적인 기억장치(자기드럼·자기디스크·자기테이프·필름 등)에 기록하여 둘 수도 있다. 음성요소를 아날로그량(量)으로 기억하는 방식과 디지털량으로 기억하여 두고 음성으로 변환하는 방식이 있다. 도형(圖形) 입출력장치로서는 브라운관을 응용한 장치와 펜을 쓰는 X-Y 도형작성기(plotter)가 가장 실용화되고 있다.

음극선관표시장치(cathode ray tube display)는 형광면의 빛을 검출하는 광전펜(light pen)에 의하여 도형을 임의로 변형·신축·합성할 수 있고 X-Y 도형작성기는 큰 도형을 정밀하게 그릴 수 있다. 단, 도형을 그리는 데 시간이 걸리기 때문에 컴퓨터에서 도형정보를 일단 자기디스크 또는 자기테이프에 기억시키고, 컴퓨터와는 독립적으로 도형을 그리는 경우가 많다.

COM(computer-output micro-filmer)장치는 인쇄장치의 출력, 도형작성기의 출력과 같은 정도의 내용을 마이크로필름상에 출력하는 장치로 기록속도는 수천~4만 5000행 분이다. 필름매체는 주로 너비 105 mm, 마이크로피시 폼(microfiche form)으로 출력된다. 데이터 전송장치는 디지털화한 데이터를 전화회선에 실리기 위한 직류신호를 교류신호로, 교류신호를 직류신호로 변환하는 복변조장치·단말(端末)입출력장치·전송제어장치·통신제어장치 등이 포함된다.

【소규모의 컴퓨터】 앞에서 말한 여러 장치를 갖춘 대규모의 컴퓨터와 전자식 탁상계산기[電卓]의 중간에 해당하는 각종 규모의 컴퓨터 중에서 주요한 것들은 다음과 같다.
⑴ 미니컴퓨터(minicomputer):절대적인 정의는 아니지만 1단어의 크기가 작고, 장치 자체도 간단하여 소규모 계산기와 제어용 온라인(직결식) 시스템(on-line system)의 단말처리용 등으로 많이 이용되고 있다. 최근의 미니컴퓨터는 마이크로컴퓨터의 추적을 받아 대형기의 기능을 갖춘 것도 출현되고 있다.
⑵ 마이크로컴퓨터(microcomputer):미니컴퓨터보다 더욱 소규모로 마이크로프로세서(micro processor)를 중심으로 기억장치·외부기기에 입출력 제어기회로를 접속한 소형 컴퓨터이다. 1개 또는 몇 개의 LSI로 구성되어 있다.
⑶ 오피스컴퓨터(office computer):장표(帳票) 인쇄의 기능을 강화한 소형 사무용컴퓨터의 총칭으로, 현재에는 소기업뿐 아니라 대기업에서도 직능분산(職能分散)을 목적으로 많이 도입하고 있다.
⑷ 프로그램 전자탁상기:탁상계산기에 기억과 제어기능을 가지게 하여 수십~수백 단계(step)의 프로그램을 실행할 수 있도록 한 것이다. 이상의 소규모 컴퓨터는 대형 컴퓨터의 단말기로 이용되거나, 플랜트(plant)와 기기의 자동제어에 널리 이용되고 있는 것이 많다.

【컴퓨터의 응용】 천공카드 통계기계의 최초의 용도는 국세조사의 집계업무였고, 컴퓨터 ENIAC의 최초의 용도는 탄도계산(彈道計算)이었다. 그 후 범용(汎用) 컴퓨터가 상용으로 보급되어 각종 사무처리와 통계처리에 널리 이용되고, 수학과 공학상의 방정식과 함수계산에 응용되고 있다.

현재에는 입출력장치와 데이터 전송장치가 발달하여 널리 보급됨에 따라 컴퓨터의 응용에 새로운 국면이 전개되고 있다. 사무상의 응용으로는 단순한 정기적(定期的)인 사무처리가 아니라 좌석예약, 온라인의 은행시스템, 올림픽과 만국박람회의 정보수집·관리시스템과 같은 실시간처리(real time system), 시배분시스템과 같은 대화형식의 시스템이 발전하고, 공학상의 응용에서는 단순한 방정식 계산이 아닌 설계의 자동화, 도형표시장치에 의한 투시도(透視圖)와 조감도(鳥瞰圖)의 표현과 도형에 의한 대화시스템, 현상의 시간적 변화의 표시, 또 아날로그 계산기와 A-D, D-A 변환장치를 통하여 각종 플랜트의 자동제어, 컴퓨터를 응용한 정보검색·언어번역·교육시스템 등 그 응용은 다종다양하다. 또 체스와 장기 등 게임프로그램과 같이 컴퓨터에 인간과 같은 지적(知的) 행동을 하게 하는 인공지능의 연구가 진행되고 있다.