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IV 1 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 2 피지컬 컴퓨팅 요즘에는 집 밖에서 인터넷을 통해 집 안에 있는 보일러를 켜기 도 하고, 혼자 있는 애완동물에게 먹이를 주기도 한다. 이런 일들 은 어떻게 가능한 걸까? 이 단원에서는 컴퓨팅 시스템의 구성과 작동 원리를 학습하고, 효율적인 자원 관리 방법에 대해 알아본다....

IV 1 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 2 피지컬 컴퓨팅 요즘에는 집 밖에서 인터넷을 통해 집 안에 있는 보일러를 켜기 도 하고, 혼자 있는 애완동물에게 먹이를 주기도 한다. 이런 일들 은 어떻게 가능한 걸까? 이 단원에서는 컴퓨팅 시스템의 구성과 작동 원리를 학습하고, 효율적인 자원 관리 방법에 대해 알아본다. 또 실생활 및 다양한 학문 분야의 문제를 피지컬 컴퓨팅 장치를 활용해 창의적으로 해 결해 본다.  컴퓨팅 시스템의 작동 원리 컴퓨팅 시스템 컴퓨팅 시스템은 하드웨어와 소프트웨어가 상호 작용하여 작동하는 시스템이다. 예를 들어 하드웨어인 키 보드를 통해 입력받은 값을 컴퓨터에 내장된 소프트웨어가 처리하고, 그 결과를 하드웨어인 모니터나 프린 터로 출력한다. 스마트폰 교통 카드 결제 시스템 실내 온도 제어기 생활 속의 컴퓨팅 시스템 스마트폰뿐만 아니라 교통 카드 결제 시스템이나 실내 온도 제어기도 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있 는 컴퓨팅 시스템이다. 컴퓨팅 시스템의 구성 요소 컴퓨팅 시스템은 입력 장치, 출력 장치, 중앙 처리 장치(연산, 제어), 기억 장치 등의 물리적 장치인 ‘하드웨어’와 이를 제어하는 명령어의 연속인 ‘소프 트웨어’로 구성된다. 연관지어 컴퓨팅 시스템의 하드웨어와 소프트웨어를 사용자가 일일이 관리하기는 어렵다. 컴퓨팅 시스템에서 생각하기 이러한 부분을 관리하는 것은 무엇일까? 180 IV. 컴퓨팅 시스템  1 운영체제 학/습/목/표 운영체제의 개념과 기능을 이해할 수 있다. 자기 역할이 뭔지 다들 알고 있지? 네, 출력 준비 핵/심/용/어 운영체제 완료입니다! 휴대 전화에 있는 사진을 출력하려면, 사진 편집 프로그램을 실행하고 프 린터를 선택한 후 ‘인쇄’ 버튼을 터치하기만 하면 된다. 이때 사용하는 하 드웨어인 프린터와 소프트웨어인 사진 편집 프로그램은 어떻게 상호 작 용하는 것일까? ? 휴대 전화 속에서 이런 일을 지시하는 것은 무엇일까? 1 운영체제의 개념 컴퓨팅 시스템에서 컴퓨터의 전반적인 부분을 관리하는 것이 운영체제이다. 운영 운영체제의 종류 대표적인 운영체제에는 안드로이 체제(OS, operating system)는 하드웨어와 소프트웨어를 관리하여 컴퓨터가 효율 드(Android), 아이오에스(iOS), 윈도 (Windows), 맥 OS(Mac OS), 리눅스 적으로 작동할 수 있게 하고, 사용자가 컴퓨팅 시스템을 쉽고 편리하게 사용할 수 (Linux) 등이 있다. 최근에는 냉장고, 세탁기 등의 가전제품에도 운영체제가 있는 환경을 제공한다. 컴퓨터, 스마트폰, 내비게이션 등에서 운영체제가 사용되는 사용되고 있다. 데, 사용 환경에 따라 그 종류가 다양하다. 이 손님의 가방을 방까지 옮겨 주세요. 호텔에서 지배인이 호텔의 영업에 관한 전반적인 업무를 관리하고 감독하는 것처럼 컴퓨팅 시스템에서 는 운영체제가 하드웨어와 소프트웨어를 관리한다. 해보기 운영체제의 종류 조사하기 협력하기 ‌우리 반 아이들이 현재 사용하고 있는 컴퓨터 또는 스마트폰의 운영체제를 모두 조사 하고, 각 운영체제에 대한 사용자 수의 통계를 내 보자. 현재 사용하고 있는 운영체제의 종류는 어떻게 알 수 있나요? 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 181  2 운영체제의 기능 운영체제는 사용자가 컴퓨팅 시스템을 쉽고 편리하게 사용할 수 있게 해 주 고, 컴퓨팅 시스템이 효율적으로 동작할 수 있도록 하드웨어와 소프트웨어를 관 리하는 기능을 한다. 사용자 인터페이스 운영체제는 사용자와 컴퓨팅 시스템 간 의사소통 수단인 사용자 인터페이스(UI, user interface)를 제공한다. 사용자가 하드웨어의 작동과 프로그램의 실행 과정을 몰라도 쉽게 사용할 수 있는 환경을 제공하는 것이다. 대표적인 사용자 인터페이스 에는 사용자가 직접 키보드를 이용해 특정 명령어를 실행하는 방식인 ‘명령 줄 인터 페이스’, 아이콘 등의 그래픽을 통해 시각적으로 알기 쉽게 표현한 방식인 ‘그래픽 사용자 인터페이스’, 사람의 손짓이나 음성, 시선 등을 자연스럽게 사용하는 방식인 ‘내추럴 사용자 인터페이스’ 등이 있다. 187쪽 자원 관리 중앙 처리 장치(CPU) 프로그램의 실행을 위해 다른 장치들 의 동작을 제어하고 연산하는 장치 명령 줄 인터페이스 그래픽 사용자 인터페이스 내추럴 사용자 인터페이스 로, CPU(central processing unit)라 (CLI, command line interface) (GUI, graphic user interface) (NUI, natural user interface) 고 한다. 주기억 장치 프로그램과 데이터를 저장하는 기억 자원 관리 응용 프로그램 장치는 주기억 장치와 보조 기억 장 치로 나뉘는데, 실행 중인 프로그램 프로그램이 실행되기 위해서는 중앙 처리 장 과 데이터를 일시적으로 저장하는 것 치(CPU), 주기억 장치, 입출력 장치 등의 자원 이 주기억 장치이다. 운영 이 필요하다. 이러한 자원은 한정되어 있기 때 체제 문에 여러 프로그램이 자원을 효율적으로 사용 자원 할 수 있도록 운영체제가 각각의 자원을 분배하 거나 회수하는데, 이를 ‘자원 관리’라고 한다. 중앙 처리 장치 기억 장치 입출력 장치 보안 관리 운영체제는 자원과 프로그램에 대한 접근을 관리하고 보호하는 기능을 한다. 파일 이나 장치, 특정 프로그램에 다른 사용자나 프로그램이 접근하지 못하게 하거나, 프 로그램의 설치 및 삭제에 제한을 가한다. 또 권한을 가진 사용자나 프로그램이 자원 이나 파일 등을 사용할 수 있도록 허용하기도 한다. 일반적으로 로그인 암호 설정, 계정에 대한 접근 권한 설정 등이 여기에 해당된다. 182 IV. 컴퓨팅 시스템  파일 관리 사용자나 프로그램에게 필요한 내용은 파일로 관 파일(file) 보조 기억 장치에 기록된 글자, 숫자, 리된다. ‘파일 관리’란 파일의 저장, 복사, 이동, 정 특수 문자들의 집합으로, 그림, 소리, 렬, 사용 여부 등과 같은 파일의 정보를 유지하고, 문서 등의 자료나 하나의 프로그램이 파일이 될 수 있다. 특정 목적에 따라 파일을 분류하여 쉽게 검색하고 사용할 수 있게 관리하는 것을 말한다. 운영체제는 파일의 생성, 수정, 삭제, 복사 등이 이루어지는 과 정을 관리하고, 파일의 저장 위치를 결정하거나 저 장된 파일의 위치를 검색할 수 있도록 지원하는 역 할을 한다. 입출력 장치 관리 디스크 ‘입출력 장치 관리’란 컴퓨터에 연결된 키보드, 마우스, 프 드라이브 린터, 모니터 등의 입출력 장치를 사용자나 프로그램이 사용 모니터 할 수 있도록 지원하는 것을 말한다. 운영 입출력 장치의 동작을 제어하는 프로그램을 ‘장치 드라이버’ 체제 라고 하는데, 운영체제는 컴퓨터에 새로운 장치가 추가될 때 마우스 해당 장치 드라이버를 설치하고 이를 이용하여 해당 장치를 구동하며 관리한다. 또한 장치가 제거될 때에도 장치의 연결 정보 등을 관리한다. 키보드 프린터 네트워크 관리 인터넷을 사용하기 위한 컴퓨팅 시스템 네트워크(network) 여러 컴퓨팅 시스템이 상호 연결되어 의 내부 설정, 사용자나 프로그램이 사용 있는 통신망을 말한다. 하는 인터넷 사용량, 인터넷의 연결 상태, 통신을 위한 규칙, 유선 또는 무선 등의 인터넷 연결 방식 등 네트워크와 관련된 여러 가지 사항은 모두 운영체제에 의해 관리된다. 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 183 활동노트 운영자(operator)의 역할 찾기 협력하기 언플러그드 다음을 읽고, 우리 주변에서 ‘운영자’의 역할을 하는 것을 찾아보자. ‘운영자(오퍼레이터, operator)’라는 용 어는 일상생활 속에서 다양하게 쓰이는 데, 보통 ‘조직이나 기계 등 어떤 대상을 운영하는 사람’이라는 뜻으로 사용된다. 우리 주변에서 볼 수 있는 대표적인 운 영자에는 해상 교통 관제사(vessel traffic 해상 교통 관제사의 모습 service operator)가 있다. 해상 교통 관 제사는 바다 위를 오가는 여객선이나 화물선과 같은 배의 입항 또는 출항을 관리하고, 선 박의 위치, 이동 속도, 이동 방향 등도 관리하여 안전한 운항이 가능하도록 한다. 또한 여 러 가지 레이더 장비 등을 이용해서 선박의 교통안전과 정박할 수 있는 배의 수 등을 관 리한다. 1 해상 교통 관제사 외에 우리 주변에서 볼 수 있는 운영자 관련 직업에는 어떤 것이 있는지 두 가지만 찾 아 써 보자. 일상생활에서 운영자의 역할은 무엇인가요? 2 컴퓨팅 시스템에서 운영체제의 역할과 1번에서 찾은 직업을 비교하여 아래 예시와 같이 적어 보자. 컴퓨팅 시스템에서 (  해상 교통 관제사 ) ( ) ( ) 운영체제의 역할 입항할 수 있는 배의 수, 배 의 정박 시간 등을 조정하 자원 관리 여 항구를 효율적으로 관리 한다. 배와 무선으로 통신하여 입 출항 정보를 안내하고, 방 사용자 인터페이스 송을 통해 입출항 순서를 알린다. 운영체제의 역할에는 어떤 것들이 있나요? 184 IV. 컴퓨팅 시스템  언플러그드 활동노트 운영체제의 발전 방향 알아보기 협력하기 플러그드 ‌초기의 운영체제는 명령 줄 인터페이스만 제공했지만, 현재의 운영체제는 그래픽 사용자 인터페이스 나 내추럴 사용자 인터페이스를 제공하고 있다. 사용자 인터페이스 같은 큰 기능에서뿐만 아니라 글 자의 그림자 효과 같은 작은 기능에서도 운영체제는 계속 발전하고 있다. 내가 사용하고 있는 컴퓨터 나 스마트폰의 운영체제와 그 외의 다른 운영체제를 찾아보고, 운영체제의 발전 방향을 보고서로 작 성해 보자. 운영체제의 발전 방향 조사 보고서 작성자: 구분 사용 중인 운영체제 다른 운영체제 운영체제의 이름 버전 또는 종류 특징 국내 시장 점유율 운영체제의 발전 방향 운영체제의 종류에는 어떤 것이 있나요? 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 185  내추럴 사용자 인터페이스(NUI) 사용자와 컴퓨팅 시스템 간 의사소통을 위한 수단인 사용자 인터페이스(UI) 중에 서 사람의 말이나 행동, 감각 등을 통해 장치를 제어하는 사용자 친화형 인터페이스 를 ‘내추럴 사용자 인터페이스(NUI)’라고 한다. 내추럴 사용자 인터페이스는 동작, 터치, 음성, 뇌파 등의 인터페이스를 이용해 컴퓨팅 시스템과 상호 작용한다. 반지, 밴드 등의 장비를 직접 몸에 착용해서 사람의 손이나 물체가 닿으면 그 위치를 계 동작을 인식하는 접촉식 방식과 카메라, 적 산하여 화면에 다시 출력하는 기술이다. 물 외선 등을 이용해 사용자의 움직임 정보를 리적인 압력을 감지하여 터치를 판단하는 감 인식하는 비접촉 방식이 있다. 압식과 전기가 통하는 액정 유리에 손가락이 닿으면 센서가 감지하는 정전식이 있다. 동작 멀티 터치 인터페이스 인터페이스 NUI 음성 뇌파 인터페이스 인터페이스 사람의 자연스러운 음성 언어로 컴퓨팅 시스 뇌파 신호를 이용하여 컴퓨팅 시스템과 상호 템과 상호 작용하는 기술이다. 단어 검색, 전 작용하는 기술로, 뇌-컴퓨터 인터페이스 화 걸기, 문자 메시지 전송, 음악 재생 등을 (brain - computer interface)라고도 한다. 사 음성을 통해 명령하고, 컴퓨팅 시스템의 처 용자가 명령을 내리는 생각을 할 때 발생하 리 결과를 음성으로 알려준다. 각종 가전 기 는 뇌파를 해석하여 기기를 제어한다. 보통 기, 자동차, 홈 제어 시스템, 장애인 보조 기 재활과 같은 포괄 의료 분야에서 많이 활용 구 등에도 적용되고 있다. 된다. 앞으로는 여러 인터페이스를 통합한 새로운 사용자 인터페이스가 나타날 것이다. 미래에 생기게 될 사용자 인터페이스를 예상해 보자. 같은 동작도 나라나 환경에 따라 다르게 해석된다. 예를 들어 ‘브이(V)’를 표시하는 손동작은 일반적으로 ‘승리’를 의미한다. 하지만 우리나라에서는 사진을 찍을 때 많이 취하는 손동작이 고, 일부 지역에서는 손등을 보이는 브이(V)는 좋지 않은 의미를 가진다. 이처럼 지역에 따라 다른 의미를 가지는 동작을 어떻게 같은 의미로 인식하도록 할 수 있을까? 186 IV. 컴퓨팅 시스템  2 자원 관리 학/습/목/표 운영체제를 활용하여 컴퓨팅 시스템의 자원을 효율적으로 관리할 수 있다. 동시에 해야 할 일이 핵/심/용/어 자원, 자원 관리, 자원 모니터링 도구 너무 많아! 컴퓨터를 사용할 때는 보통 여러 개의 웹 사이트에 접속하고, 노래도 듣 고, 글도 작성하는 등 여러 개의 프로그램을 동시에 실행하게 된다. 이처 어? 점점 느려지네. 럼 동시에 많은 프로그램을 실행하면 컴퓨터의 작동 속도가 느려지는데, 컴퓨터가 느려지는 이유는 무엇일까? ? 컴퓨터의 처리 속도가 느려지는 이유는 무엇일까? 1 자원 입출력 장치, 주기억 장치, 중앙 처리 장치 등의 하드웨어를 컴퓨팅 시스템에 입출력 장치 입력 장치와 출력 장치를 합해 ‘입출 서는 자원(resource)이라고 한다. 컴퓨팅 시스템에서 자원은 변경되기도 하고 새 력 장치’라 하는데, I/O 장치(input/ output device)라고도 한다. 입력 장 롭게 추가되기도 한다. 예를 들어 컴퓨팅 시스템에 프린터가 없어 새로 구입해 치에는 키보드, 마우스, 마이크 등이 있고, 출력 장치에는 모니터, 프린터, 연결했다면 새로운 자원을 추가한 것이다. 또 기존에 사용하던 저장 장치의 용 스피커 등이 있다. 량이 부족해서 더 큰 용량의 저장 장치를 추가하였다면, 이것은 자원을 변경한 것이다. 이처럼 운영체제는 변경되거나 추가되는 자원의 정보를 관리하여 컴퓨 팅 시스템이 잘 작동할 수 있도록 돕는다. 보조 기억 장치 해보기 컴퓨팅 시스템의 자원 조사하기 활용하기 컴퓨터에서 프로그램이나 데이터를 보관하기 위한 기억 장치를 말한다. ‌집이나 학교에서 사용하고 있는 컴퓨팅 시스템에서 중앙 처리 장치(CPU), 주기억 장 데이터를 읽거나 쓰는 속도는 느리지 만, 가격이 저렴하고 많은 양의 데이 치, 보조 기억 장치, 프린터 등과 같은 자원의 종류를 조사하고, 다른 친구가 조사한 터를 저장할 수 있다는 장점이 있다. 것과 비교해 보자. 또 전원이 공급되지 않아도 저장된 데이터를 유지할 수 있다. 대표적인 컴퓨팅 시스템의 자원에는 어떤 것이 있나요? 보조 기억 장치에는 하드 디스크 드 라이브(HDD), SSD(solid state drive), CD, DVD 등이 있다. 2 자원 관리 컴퓨팅 시스템에서 프로그램이 작동하기 위해서는 자원이 반드시 필요하다. 그런데 컴퓨팅 시스템 내의 자원은 한정적이므로 프로그램이 원활히 작동할 수 있도록 하려면 자원을 관리해야 한다. 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 187  이처럼 한정적인 컴퓨팅 시스템의 자원을 효율적으로 관리하는 것을 자원 관리 라고 한다. 운영체제는 컴퓨팅 시스템의 자원 상태를 파악하고 관리할 수 있는 자원 모니터링 도구 자원 모니터링 도구를 제공한다. 자원 모니터링 도구는 컴퓨팅 시스템에서 사용 운영체제가 제공하는 프로그램으로, 현재 운영체제가 관리하는 중앙 처리 할 수 있는 전체 자원의 크기, 각 프로그램이 사용하는 자원의 사용량과 사용 시 장치와 기억 장치, 네트워크의 사용 정보 등 자원에 대한 다양한 정보를 간 등 다양한 모니터링 정보를 제공한다. 또 사용자가 상황에 적합하게 자원을 제공한다. 관리할 수 있는 기능도 지원한다. 여러 가지 운영체제에서 제공하는 자원 모니터링 도구 윈도(Windows) 리눅스(Linux) 맥 OS(Mac OS) 사용자는 자원 모니터링 도구를 이용하여 정상적으로 작동하지 않는 프로그램 을 종료하거나 중요도가 높은 프로그램을 위해 다른 프로그램의 자원을 회수하 기도 한다. 또 특정 프로그램의 자원을 빠르게 확보할 수 있도록 프로그램의 우 선순위를 변경하기도 한다. 이처럼 사용자는 운영체제가 제공하는 자원 모니터 링 도구를 이용하여 컴퓨팅 시스템의 중요 자원들의 성능과 상태를 파악하고 이 들을 효율적으로 관리할 수 있다. 해보기 자원 모니터링 도구 활용하기 활용하기 + 관리하기 ‌현재 사용하고 있는 컴퓨터나 스마트폰의 운영체제가 제공하는 자원 모니터링 도구를 이용하여 다음 활동을 해 보자. 1 하나의 프로그램을 선택해서 강제로 종료하고, 컴퓨팅 시스템의 각 자원에 어떠한 변 화가 일어나는지 살펴보자. 2 자원 모니터링 도구에 나오는 용어 중 하나를 선택해서 조사해 보자. 운영체제에서 제공하는 자원 모니터링 도구에는 어떤 것이 있나요? 188 IV. 컴퓨팅 시스템 활동노트 생활 속 자원 관리하기 협력하기 언플러그드 ‌운영체제의 자원 관리처럼 우리의 일상생활에서도 자원을 관리해야 하는 경우가 많다. 다음과 같은 조건에서 과학 실험을 설계한다고 할 때, 아래 질문에 답해 보자. 과학 실험을 할 경우, 효율적인 실험 설계를 통해 시 간과 비용을 절약할 수 있다. 실험을 할 때 사용할 수 있는 기구는 한정되고 보통 모둠으로 진행하기 때문 에, 실험을 설계할 때에는 학생 수나 실험 기구의 개 수 등을 고려해야 한다. 이러한 관점에서 실험 설계는 운영체제의 자원 관리와 비슷하다고 볼 수 있다. 실험 조건 모둠의 팀원은 총 7명이다. 실험해야 할 주제는 A, B, C, D, E 총 5개이다. 실험 기구 1개당 1명의 인원이 필요하다. 실험 기구 a는 5개가 있고, 실험 기구 b는 6개가 있다. 실험 필요한 실험 기구의 개수 (개) 실험에 소요되는 시간 (분) 주제 a b A 3 2 10 B 1 1 3 C 1 2 6 D 2 2 8 E 2 1 7 1 위의 과학 실험에서 자원에 해당하는 것은 무엇인가요? ‘자원’이란 무엇인가요? 2 실험을 가장 빨리 끝낼 수 있는 자원 분배 방법을 쓰고, 다른 친구의 방법과 비교해 보자. 자원을 효율적으로 사용하기 위해 생각해야 할 것은 무엇인가요? 3 전체 자원의 개수를 늘리거나 줄이면, 실험 시간은 어떻게 변할지 예측해 보자. 자원의 양과 실험 시간은 어떤 관계가 있나요? 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 189  3 유무선 네트워크 학/습/목/표 컴퓨팅 기기 간의 연결과 상호 과정을 통해 유무선 네트워크의 특성을 이해한다. 왜 인터넷 연결이 안 되지? 난 잘 되는데? 핵/심/용/어 네트워크, 허브, 무선 액세스 포인트, 유선 네트워크, 무선 네트워크 컴퓨터나 스마트폰에서 인터넷을 사용하기 위해서는 유무선 네트워크 에 연결되어야 한다. 유선 네트워크와 무선 네트워크는 어떻게 다른 걸까? 유선 네트워크와 무선 네트워크에서 사용하는 장치와 각 네트워 크의 특징에 대해 알아보자. ? 스마트 기기로 인터넷을 하려면 어떻게 해야 할까? 1 네트워크 장치 컴퓨팅 시스템에는 사용자나 프로그램이 만든 글자, 그림, 소리 등 다양한 형 태의 정보가 있다. 이러한 정보를 다른 사람에게 보내거나 필요한 정보를 가져 오기 위해서는 컴퓨팅 시스템 장치가 서로 연결되어 있어야 한다. 이처럼 전송 매체 매체를 통해 연결된 각각의 컴퓨팅 시스템들이 자원을 공유할 수 있는 통신망을 어떤 정보나 내용을 다른 쪽으로 전 달하는 역할을 하는 것으로, 미디어 네트워크(network)라고 한다. 전 세계의 컴퓨팅 시스템들이 서로 연결되어 하나 (media)라고도 한다. 의 거대한 네트워크를 이룬 것이 바로 ‘인터넷’이다. 해보기 컴퓨팅 시스템 연결하기 탐색하기 + 구현하기 ‌컴퓨터와 텔레비전을 연결하면, 컴퓨터 화면을 텔레비전으로 볼 수 있다. 컴퓨터와 텔레비전을 직접 연결할 때 필요한 장치에는 어떤 것들이 있으며, 무엇을 해야 하는 지 조사해 보자. 컴퓨팅 시스템에 새로운 장치를 연결하기 위해 필요한 것은 무엇인가요? 각각의 컴퓨팅 시스템이 가지고 있는 정보를 네트워크를 통해 송신하거나 수 신하기 위해서는 유선이나 무선 장치로 연결되어 있어야 한다. 예를 들어 컴퓨 터에 있는 문서를 프린터로 출력하기 위해서는 프린터와 컴퓨터를 유선 매체인 케이블로 직접 연결해야 한다. 또는 프린터를 무선 네트워크 장치에 연결한 다 무선 액세스 포인트(WAP) 무선 장치를 네트워크에 접속할 수 음, 네트워크를 통해 프린터로 출력할 정보를 보내면 된다. 유무선 네트워크를 있게 하는 장치로, AP(access point) 라고도 한다. 구성하기 위해 필요한 장치에는 허브와 무선 액세스 포인트가 있다. 190 IV. 컴퓨팅 시스템  허브(hub)는 여러 개의 컴퓨팅 시스템을 유선으로 연결해 네트워크를 구성하는 데 필요한 장치이고, 무선 액세스 포인트(WAP, wireless access point)는 컴퓨 팅 시스템을 무선으로 연결해 네트워크를 구성하는 데 필요한 장치이다. 가정에 공유기 서는 노트북 컴퓨터나 스마트폰 등을 인터넷에 연결하기 위해 허브와 무선 액세 여러 대의 장치가 하나의 IP 주소를 공유하는 장치로, 보통 유선과 무선 스 포인트의 기능을 모두 가진 공유기를 주로 사용한다. 을 동시에 지원한다. 허브(hub) 무선 액세스 포인트(WAP) 컴퓨팅 시스템의 각 장치 스마트폰, 노트북 컴퓨터 등을 무선으로 연결하여 넷터 인 네트워크를 사 에 연결된 선을 하나로 인터넷 용할 수 있도록 하는 장치이다. 컴퓨터 연결해 주는 장치이다. 인터넷 브허 허브는 단순히 선을 모아 인터넷 인터넷 선무 서 연결해 주는 역할만 트인 포스 세액 넷터인 노트북 컴퓨터 하고, 각 장치가 보내는 허브 데이터를 관리하지는 않 노트북 컴퓨터 브허 는다. 멀티탭에 여러 개 무선 액세스 포인트 트인포 스세액 선무 스마트폰 넷터인 허브 허브 의 전기 기구를 꽂는 것 허브 무선 액세스 포인트 과 비슷하게 장치의 연결 무선 액세스 포인트 무선 액세스 포인트 프린터 브허 만 담당한다. 트인포 스세액 선무 인터넷 전화기 2 유무선 네트워크의 특징 물리적인 선으로 컴퓨팅 시스템을 연결하여 구성한 네트워크를 유선 네트워크 라고 하고, 정해진 주파수를 이용해서 선 없이 무선으로 구성한 네트워크를 무선 주파수 전파가 1초 동안에 진동하는 횟수 네트워크라고 한다. 유선 네트워크에서는 선을 이용해 필요한 정보를 직접 전달하기 때문에 무선 네 트워크에 비해 정보가 안정적으로 전송되고 보 안에도 강하다. 그러나 물리적인 연결이 필요하 나 바빠. 노트북을 네가 와! 움직일 수가 기 때문에 거리에 제한을 받고, 컴퓨팅 시스템의 없단 말이야. 위치 변경이나 이동에 제약이 있다. 또한 선을 꼬임 쌍선 인터넷에 설치하는 데 비용이 들고, 연결된 선이 손상되었 접속해야 하는데. 을 경우 네트워크에 문제가 발생하기도 한다. 해보기 유선 매체의 종류 알아보기 탐색하기 컴퓨팅 시스템을 인터넷에 연결할 때 ‌가정에서 쉽게 사용할 수 있는 유선 네트워크 매체에는 꼬임 쌍선(TP, twisted pair 주로 사용하는 유선 매체이다. 두 개 cable)이 있다. 이외에 다른 유선 매체에는 어떤 것이 있는지 찾아 발표해 보자. 의 선이 서로 꼬여 있는 형태로, 보통 8가닥을 사용한다. 전송 속도는 수백 유선 네트워크의 특징은 무엇인가요? Mbps이고, 가격이 저렴하다는 장점 이 있다. 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 191  유선 네트워크와 달리 무선 네트워크는 물 리적으로 연결될 필요가 없기 때문에 지형이 나 건물의 영향을 덜 받는다. 또한 움직이면 서 네트워크를 사용할 수 있기 때문에 이동 성이 우수하다. 그러나 특정 무선 주파수 영 역에 따른 사용상 제약을 받고, 유선 네트워 크에 비해 보안에 취약하다는 단점도 있다. 또 무선 신호를 지속적으로 확인해야 하기 때문에 전력 소모가 크고, 사용할 수 있는 무선 네트워크의 검색과 추가 연 결 작업 등을 해야 한다. 무선 네트워크에서 많이 사용하는 기술은 다음과 같다. 무선 네트워크 기술 근거리 무선 통신(NFC) 10cm 이내의 가까운 거리에서 데이터를 주고받는 기술로, 별도 의 연결 설정 없이 사용할 수 있고 통신 거리가 짧아 보안성이 우수하다. 교통 카드, 전자 결제, 출입문의 모바일 키 등에서 사 용된다. 블루투스(Bluetooth) 블루투스(Bluetooth) 낮은 전력으로도 다양한 사물 인터넷과 쉽게 연결될 수 있고, 상 10세기경 덴마크와 호 연결 설정을 해야 하기 때문에 보안에 강하다. 30m 이내에서 노르웨이의 국왕이 었던 헤럴드 블라톤 데이터 교환이 필요한 무선 헤드셋, 자동차 핸즈프리, 무선 마우 은 스칸디나비아를 스, 각종 웨어러블 기기 등에서 사용된다. 통일하였다. ‘블루투스’라는 이름은 그의 이름에서 유래한 것으로, 무선 지그비(ZigBee) 데이터 전송량은 적지만 10~300m 거리까지 전송할 수 있고, 최 통신 기술의 통일을 꿈꾸던 개발자의 대 250여 개의 기기들이 동시에 사용 가능하다. 센서를 통해 값 염원이 담겨 있다. 을 측정하는 홈 네트워크 등에서 사용된다. 와이파이(WiFi) 와이파이(WiFi) 유선 네트워크와 같은 수준의 속도와 품질을 지원하기 위해 개 와이파이 얼라이언스(WiFi Alliance) 발된 기술이다. 연결할 때 네트워크의 탐색과 인증이 필요하지 라는 단체가 무선 네트워크 국제 표 준 기구에서 정한 표준을 기반으로 만, 전송 속도가 빠르고 넓은 범위에서 사용 가능하기 때문에 컴 개발한 상표의 이름이다. 퓨터나 스마트폰 등에서 많이 사용한다. LTE(long term evolution) LTE 스마트폰과 태블릿 등의 모바일 기기가 널리 보급됨에 따라 처리 휴대 전화 네트워크의 용량과 속도를 해야 할 데이터양이 기존의 무선 이동 통신 기술로는 감당할 수 높이기 위해 고안된 무선 기술이다. 광대역 LTE 또는 LTE–A로 진화하 없을 정도로 많아졌다. 이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 이동 면서 속도가 더 빨라지고 있다. 통신 기술이 바로 LTE이다. 해보기 무선으로 정보 전송하기 협력하기 ‌무선 네트워크 기술 중 블루투스를 이용해서 우리 모둠의 컴퓨팅 시스템에 있는 파일 을 다른 모둠의 컴퓨팅 시스템으로 전송해 보자. 무선 네트워크 기술에는 어떤 것들이 있나요? 192 IV. 컴퓨팅 시스템  언플러그드 활동노트 유무선 장치 연결하기 구현하기 플러그드 범용 직렬 버스 1 가정이나 학교에서 컴퓨터에 연결할 수 있는 프린터, 스캐너, 공유기, 키보드, 마우스, 모니터, 스피커, 텔 (USB, universal 레비전 등의 장치가 연결된 모습을 예시처럼 아래 빈 곳에 그리고, 연결 방법을 적어 보자. serial bus): 컴퓨터  범용 직렬 버스 케이블을 이용해 키보드를 컴퓨터에 연결한 모습 와 주변 기기를 연 결하는 데 사용하 는 입출력 표준으 로, 키보드, 마우스, 스캐너, 카메라, 프 린터 등 다양한 기 기를 컴퓨팅 시스 템에 연결할 때 사 용한다. 범용 직렬 버스 케이블로 연결 키보드 2 일상생활에서 사용하는 컴퓨팅 시스템의 각 장치를 연결할 때, 장치의 이름과 그 연결 방법을 적어 보자. 장치의 이름 연결 방법  키보드–컴퓨터 범용 직렬 버스 케이블을 이용하여 연결한다. 교통 카드–교통 카드 리더기 근거리 무선 통신 기술을 이용하여 연결한다. 유선 네트워크나 무선 네트워크를 연결할 때 필요한 것은 무엇인가요? 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 193  4 네트워크 환경 설정 학/습/목/표 컴퓨팅 시스템의 네트워크 환경을 설정할 수 있다. 인터넷 연결이 집에서는 잘 안 되는데? 됐었는데. 핵/심/용/어 IP 주소, 공인 IP 주소, 사설 IP 주소 전화를 이용해 정보를 주고받을 때는 상대방을 구별하기 위한 전화번 호가 필요하다. 컴퓨팅 시스템에서도 인터넷을 통해 정보나 자원을 공 유하기 위해서는 각 장치를 구별할 수 있는 고유한 정보가 필요하다. 컴퓨팅 시스템에서는 각각의 장치를 어떻게 구별할까? ? 학교에서 노트북 컴퓨터를 사용하면 왜 인터넷이 안 되는 걸까? 1 IP 주소 전화기마다 부여된 전화번호가 다른 것처럼 인터넷에 연결된 각 컴퓨팅 시스 템도 고유한 번호가 있어야 하는데, 이것을 IP 주소라고 한다. IP(internet 프로토콜(protocol) protocol) 주소는 인터넷에 연결된 컴퓨팅 시스템끼리 중복되지 않는 유일하고 원활한 데이터 통신을 위해 필요한 통신 규약이나 규칙을 말한다. 신호 고유한 번호이다. 그래서 각 컴퓨팅 시스템은 IP 주소를 통해 인터넷에서 서로 송신의 순서, 데이터의 표현법, 오류 검출법 등을 포함한다. 구별되어 필요한 정보를 공유할 수 있다. IP 주소는 32비트로 구성되는데, 사용 하기 편하게 8비트씩 십진수로 변환하여 마침표(.)로 구분한다. 8비트의 표현 ‘IP 주소가 고유하다.’는 말은 중복되 가능한 범위는 0~255이다.  116.127.94.103 지 않고 유일하게 구별할 수 있다는 것을 의미한다. 비트(bit, binary digit) 하나의 비트는 0과 1의 값을 가진다. 해보기 IP 주소 찾기 탐색하기 8비트일 경우, 00000000~11111111 ‌현재 인터넷을 사용하고 있는 컴퓨터의 IP 주소를 찾아보고, 친구가 찾은 것과 어떻 까지 총 256(2 8)가지의 값을 가질 수 있다. 따라서 32비트로 구성된 IP 주 게 다른지 비교해 보자. 소는 2 32가지, 약 42억 개가 있다. IP 주소는 어떻게 확인할 수 있나요? IPv6 32비트로 구성되는 IP 주소 체계를 사물 인터넷(IoT)의 구현을 위해 수많은 사물들을 인터넷에 연결하려면 사물 IPv4(version 4)라고 하고, 128비트로 구 마다 IP 주소가 필요하다. 하지만 기존의 32비트로 구성된 IP 주소(IPv4)로는 성되는 IP 주소 체계를 IPv6(version 6) 라고 한다. 128비트를 사용하기 때문 그 수가 턱없이 부족하다. 이러한 IP 주소의 부족 문제를 해결하기 위해 128비 에 이론적으로 사용 가능한 IP 주소의 개수는 2128개이다. IPv4와 비교했을 때 트를 사용하여 IP 주소의 개수를 늘린 IPv6가 제정되었다. IP 주소의 부족 문제 7.9×10 28배 많은 IP 주소를 사용할 수 있다. 를 해결할 수 있는 또 다른 방법에는 IP 주소 공유가 있다. 194 IV. 컴퓨팅 시스템  IP 주소를 공유한다는 것은 여러 컴퓨팅 시스템들이 하나의 IP 주소를 함께 규모에 따른 네트워크의 분류 네트워크는 연결되어 있는 컴퓨팅 시 사용한다는 뜻이다. 작은 규모의 네트워크에서 컴퓨팅 시스템들을 연결하여 정 스템의 개수, 사용하는 통신 프로토 콜, 연결에 필요한 네트워크 장치 등 보를 공유할 때에는 내부적으로 서로 구별할 수 있는 IP 주소를 사용하는데, 이 에 따라 개인 영역 네트워크, 근거리 네트워크, 광역 통신망 등으로 분류 것을 사설 IP 주소라고 한다. 또 외부 네트워크와의 연결이 필요할 때에는 하나의 하기도 한다. IP 주소를 내부 네트워크의 컴퓨팅 시스템들이 공유하는데, 이것을 공인 IP 주소 라고 한다. 영희네 집 인터넷 철수네 집 공인 IP 주소 163.152.112.45 서버 컴퓨터 공인 IP 주소 사설 IP 주소 163.152.241.51 192.168.0.1 사설 IP 주소 사설 IP 주소 192.168.0.1 192.168.0.4 사설 IP 주소 스마트폰 IP 주소 공유기 192.168.0.4 IP 주소 공유기 공인 IP 주소 사설 IP 주소 노트북 컴퓨터 163.152.112.46 192.168.0.5 사설 IP 주소 192.168.0.2 사설 IP 주소 192.168.0.3 프린터 사설 IP 주소 사설 IP 주소 컴퓨터 192.168.0.2 프린터 노트북 컴퓨터 컴퓨터 192.168.0.3 보통 가정에서는 내부 네트워크의 컴퓨팅 시스템들이 IP 주소 공유기를 통해 외부 인터넷에 연결된다. IP 주소 공 유기에는 공인 IP 주소와 사설 IP 주소를 설정하고, 나머지 컴퓨팅 시스템에는 192.168.0.2, 192.168.0.3, …… 등 과 같이 끝번호만 다른 사설 IP 주소를 사용한다. 영희네 집처럼 항상 인터넷에 연결되어 정보를 요청하는 서버 컴퓨터가 있는 경우에는 별도의 공인 IP 주소를 부여받아 사용한다.(여기에서 사용한 공인 IP 주소는 예시이므로 실제와는 다르다.) 사설 IP 주소는 내부 네트워크의 관리자로부터 부여받는 것으로, 윗그림의 철 수네 집과 영희네 집처럼 내부 네트워크에 연결된 컴퓨팅 시스템들이 하나씩 부 여받는다. 반면 공인 IP 주소는 공인된 기관으로부터 부여받는 것으로, 외부 인 터넷에 연결할 때 사용한다. 즉 내부 네트워크에 연결된 컴퓨팅 시스템들은 IP 주소 공유기를 통해 공인 IP 주소를 공유하여 인터넷을 사용하는 것이다. 이러한 방법이 가능한 것은 컴퓨팅 시스템이 끊임없이 인터넷을 통해 정보를 주고받는 것이 아니라, 필요나 요청이 있을 때에만 인터넷을 사용하기 때문이 다. 내부 네트워크에 연결된 컴퓨팅 시스템들은 인터넷이 필요한 경우에는 공인 IP 주소를 사용하고, 내부 네트워크에서 정보를 주고받을 때에는 사설 IP 주소 를 사용한다. 따라서 공인 IP 주소는 전 세계에서 유일한 값이어야 하지만, 사설 IP 주소는 내부 네트워크에 연결된 컴퓨팅 시스템들 사이에서만 유일하면 된다. 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 195  2 네트워크의 환경 설정 고정 IP와 자동 IP 인터넷을 사용하기 위해서는 컴퓨팅 시스템을 유무선 네트워크에 연결하고, ‘고정 IP’ 방식은 컴퓨팅 시스템의 IP 주소를 수동으로 정하는 것으로, 기 IP 주소를 설정하는 과정을 거쳐야 한다. IP 주소의 설정 방식에는 네트워크 관 업이나 학교에서 많이 사용한다. ‘자 동 IP’ 방식은 컴퓨팅 시스템이 접속 리자에게 부여받은 IP 주소를 직접 설정하는 ‘고정 IP’ 방식과 서버로부터 자동 할 때마다 서버가 자동으로 사용 가 으로 부여받는 ‘자동 IP’ 방식이 있다. 능한 IP 주소를 부여하는 것으로, 가 정에서 IP 주소 공유기를 사용할 때 많이 사용한다. 1. 네트워크 인터페이스 카드에 인터넷 케이블을 연결한다. 장치를 물리적으로 연결하는 단계로, 네트워크 인터페이스 카드(NIC)에 인터 네트워크 인터페이스 카드 (NIC, network interface card) 넷 케이블을 연결한다. 케이블과 네트워크 인터페이스 카드가 정상적으로 연결 인터넷을 연결할 때 사용하는 하드웨 어로, 보통 ‘랜(LAN) 카드’라고도 부 되면 연결 표시등에 불이 들어온다. 른다. 2. 네트워크 설정 화면을 띄운다. 운영체제에서 제공하는 네트워크 설정 화면을 찾아 실행한다. 3. IP 주소와 부분망 마스크, 기본 게이트웨이, 도메인 이름 서버를 설정한다. 고정 IP 방식일 경우 네트워크 관리자로부터 부여받은 IP 주소와 부분망 마스크 게이트웨이(gateway) (subnet mask), 게이트웨이(gateway), 내부 네트워크의 컴퓨팅 시스템을 인 터넷이나 다른 네트워크에 연결하는 도메인 이름 서버(DNS)를 설정해야 역할을 한다. 한다. 부분망 마스크는 IP 주소에서 네트워 도메인 이름(domain name) 인터넷에서 사용할 수 있는 통신 규 크 영역을 분리하고, 게이트웨이는 컴 칙으로 정한 주소에는 IP 주소와 도 메인 이름이 있다. 도메인 이름은 사 퓨팅 시스템이 인터넷에 연결될 때 통 람이 기억하기 쉽게 만들어진 문자로 된 주소이다. 로 역할을 하는 장치의 주소이다. 가정  도메인 이름: www.kice.re.kr 에서는 IP 주소 공유기의 IP 주소가 게 IP 주소: 116.127.94.103 이트웨이가 된다. 도메인 이름 서버는 문자로 된 도메인 이름을 IP 주소로 변 환하는 역할을 하는 서버이다. 윈도 운영체제에서 IP 주소를 설정한 모습 4. 인터넷 연결을 확인한다. 웹 브라우저를 실행해 인터넷에 정상적으로 연결되었는지 확인한다. 196 IV. 컴퓨팅 시스템 3 네트워크를 이용한 공유 다음 그림과 같이 프린터를 네트워크에 연결하면 여러 컴퓨팅 시스템이 네트 워크를 이용해 프린터라는 자원을 공유할 수 있다. 이처럼 네트워크를 이용해 자원을 공유하면 언제 어디서나 사진, 음악, 동영상 등 다양한 콘텐츠에 접근할 수 있고, 여러 사용자와 파일을 공유하여 협업할 수도 있다. 협업(collaboration) 여러 사용자가 각자의 작업 환경에서 하나의 파일이나 프로젝트를 공동으 로 작업하는 것을 말한다. 스마트폰 컴퓨터 공유기 프린터 노트북 컴퓨터 네트워크에 프린터를 연결하면, 스마트폰이나 컴퓨터가 네트워크를 통해 프린터를 사용할 수 있다. 서버 클라우드 서비스(cloud service) 영화, 사진, 음악, 문서 등의 자료를 가 스마트폰 클라우드 노트북 컴퓨터 상공간에 저장하고, 언제 어디서나 가 컴퓨팅 상공간에 접속하여 자료를 내려받아 사용할 수 있는 서비스이다. 서버나 저장 장치 같은 하드웨어 자원을 임 대해 주는 서비스, 소프트웨어 개발에 필요한 환경과 서비스를 제공하여 웹 에서 쉽게 빌려 사용할 수 있게 해 주 태블릿 컴퓨터 는 서비스, 여러 응용 프로그램을 제 공하는 서비스 등이 있다. 그러나 통 시간이나 장소에 구애받지 않고 파일에 접근하는 하나의 문서를 여러 명이 공유하여 공동으로 작업 신 속도가 느리면 효용성이 없다는 단 파일 클라우드 서비스(file cloud service) 하는 협업 서비스 점이 있다. 해보기 파일 공유하기 탐색하기 + 협력하기 ‌네트워크를 통해 파일을 공유할 수 있는 다양한 방법을 찾아보고, 내가 작성한 발표 자료를 다른 친구와 공유해 보자. 네트워크로 파일을 공유할 때, 어떤 방법이 가장 효과적인가요? 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 197  IP 주소는 누가 관리할까? 국제 인터넷 주소 관리 기관인 ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)은 전 세계의 모든 IP 주소를 관리한다. ICANN의 총괄 관리 하에 대륙별·국가별 관리 기관을 두어 해당 지역을 관리하고 있으며, 우리나라는 한 국인터넷진흥원(KISA)이 아시아 태평양 지역 인터넷 주소 자원 관리 기관인 APNIC(Asia Pacific Network Information Center)로부터 IP 주소를 확보해 관리하 고 있다. 한국인터넷진흥원의 한국인터넷정보센터(KRNIC, Korea NIC)에서는 케이티 (KT), 에스케이(SK) 브로드밴드 주식회사, 엘지(LG) 유플러스 등과 같은 인터넷 서 비스 제공자(ISP) 또는 독자적인 네트워크를 운영하는 대학교 및 연구 기관에게 국 내 IP 주소를 할당한다. 이처럼 공인 IP 주소는 관리 기관에서 체계적으로 부여하기 때문에 사용자가 임의로 IP 주소를 설정하여 사용할 수 없다. 전 세계 인터넷 주소 자원 관리 체계도 ICANN AfriNIC RIPENCC APNIC ARIN LACNIC CNNIC KISA JPNIC (KRNIC) LIR ISP ISP ISP 사용자 사용자 사용자 독립사용자 한국인터넷진흥원(KISA, Korea Internet & Security Agency) 주요 업무: 대한민국 인터넷 주소 자원 관리 홈페이지: http://www.kisa.or.kr IP 주소는 사람이 기억하기 어려운 숫자 값이기 때문에 문자로 된 인터넷 주소인 도메인 이름을 사용한 다. 이러한 도메인 이름은 귀중한 자산 중 하나이다. 같은 이름을 다른 업체에서 동시에 사용할 수 없듯 이, 도메인 이름 역시 중복해서 사용할 수 없다. 이러한 이유로 도메인 이름을 먼저 등록하여 예기치 않은 분쟁이 발생하는 경우가 간혹 있다. ‘인터넷 주소 자원에 관한 법률’이 시행되면서 이름과 상표를 이용한 도메인 이름 선점 행위가 전면 금지되었다. 하지만 도메인 이름에 대한 분쟁이 발생한다면 어떻게 해결해 야 할지 서로의 입장에서 생각해 보자. 198 IV. 컴퓨팅 시스템  언플러그드 활동노트 인터넷 사용하기 구현하기 플러그드 ‌가족 여행을 간 은주는 호텔에서 노트북 컴퓨터와 스마트폰을 사용하려고 했는데, 인터넷이 자 동으로 연결되지 않았다. 객실의 탁자 위에는 다음과 같은 ‘인터넷 사용 안내문’이 놓여 있었다. 다음 물음에 답해 보자. OO호텔 인터넷 사용 안내 인터넷 안내 1. 유선 인터넷 연결하기 - 탁자 위에 있는 케이블을 연결하세요. 2. 무선 인터넷 연결하기 - 무선 AP 이름: 객실 번호 - 패스워드: 객실 번호@#$  203@#$ Q&A 무선 인터넷의 연결 속도가 떨어지면 어떻게 하나요? - 무선 AP에 연결된 사용자가 많은 경우입니다. 접 속 시간대를 변경하거나 다른 객실의 무선 인터넷 에 연결하세요. 무선 AP가 검색되지 않으면 어떻게 하나요? - 객실에 비치된 무선 AP를 껐다가, 다시 켜 주세요. - 스마트 기기에서 무선 AP 검색을 다시 시도하세요. 도움이 필요하시면, 객실 내 전화 0번을 누르세요. 1 ‘인터넷 사용 안내문’을 볼 때, 이 호텔의 IP 주소 부여 방식은 고정 IP 방식인가, 자동 IP 방식인가? IP 주소의 부여 방식은 어떻게 알 수 있나요? 2 무선 또는 유선 인터넷에 연결된 컴퓨팅 시스템의 IP 주소를 찾아 적어 보자. IP 주소는 어떻게 알 수 있나요? 3 현재 연결된 무선 네트워크에서 데이터의 전송 속도를 측정하려고 한다. 데이터 전송 속도 측정 프로그램 을 통해 업로드 속도와 다운로드 속도를 각각 측정하여 적어 보자. 무선 네트워크에 접속된 컴퓨팅 시스템이 많을수록 속도가 느려지는 이유는 무엇인가요? 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 199 활동노트 네트워크 환경 설정하기 구현하기 언플러그드 ‌다음과 같은 조건에서 스마트폰, 프린터, 컴퓨터, 노트북 컴퓨터로 인터넷을 사용하려고 한다. 그림의 빈칸 을 채워 각 장치의 네트워크 환경을 설정해 보자(단 고정 IP 주소 방식을 사용해야 한다). 사용할 수 있는 사설 IP 주소 부분망 마스크(subnet mask) 도메인 이름 서버(DNS) 주소 192.168.0.2 ~ 192.168.0.20 255.255.255.0 168.126.63.1 스마트폰 프린터 사설 IP 주소 사설 IP 주소 부분망 마스크 부분망 마스크 게이트웨이 게이트웨이 도메인 이름 서버 도메인 이름 서버 공유기 WAP 이름 CS 인터넷 공인 IP 주소 163.152.112.45 사설 IP 주소 192.168.0.1 컴퓨터 노트북 컴퓨터 사설 IP 주소 사설 IP 주소 부분망 마스크 부분망 마스크 게이트웨이 게이트웨이 도메인 이름 서버 도메인 이름 서버 200 IV. 컴퓨팅 시스템 컴퓨터과학 이야기 나노 기술을 이용한 저장 장치 슈퍼맨 메모리 크리스털 최 근 기술이 급속히 발전하면서 저장 장치의 크기는 점점 작아지고, 저장 용량은 상상을 초월할 정도로 늘어난 차 세대 저장 장치들이 다양하게 개발되고 있다. 그중에서 동전 크 기의 조그만 유리 결정체에 방대한 양의 데이터를 영구 저장할 수 있는 저장 장치가 영국 사우스햄프턴 대학교(University of Southampton) 연구팀에 의해 개발되었는데, 이것이 바로 ‘슈 퍼맨 메모리 크리스털(Superman Memory Crystal)’이다. 유리 디스크 ‘슈퍼맨 메모리 크리스털’ 슈퍼맨 메모리 크리스털은 레이저 빔의 빛에너지를 이용해 원하는 깊이의 홈이나 패턴을 가공하는 ‘레이저 에칭(laser etching) 기술’로 만든 유리 디스크이다. 너비, 높이, 깊이의 3차원 위치로 암호화되어 데이터가 저장되고, 저장된 데이터의 ‘점’의 크기 값과 정렬 방식 값으로 할당한다. 우리가 주로 사용하는 하드 디스크 드라이브(HDD)는 장치를 구동하기 위한 전력 소모가 클 뿐 아 니라 수명도 짧기 때문에 주기적으로 데이 터를 옮겨 주어야 한다. 또 블루레이나 DVD가 지원하는 디스크 기술은 최고 1000 년까지 데이터를 저장할 수 있고, 하나의 디스크에 저장할 수 있는 데이터의 양은 4.7~23.5기가바이트 정도이다. 그러나 슈 퍼맨 메모리 크리스털은 동전 크기의 유리 결정체에 약 360테라바이트(약 3600억 킬 로바이트) 용량의 데이터를 저장할 수 있 고, 섭씨 약 1000°C에서도 안정적인 상태 를 유지할 수 있다. 성경, 세계 인권 선언, 권리 장전 등의 정보를 동전 크기의 슈퍼맨 메모 리 크리스털에 모두 기록할 수 있다. 매년 저장해야 할 데이터의 양은 급속도로 증가하고, 화재나 재해가 발생하면 중요한 데이터를 한 순간에 잃어버릴 수도 있다. 슈퍼맨 메모리 크리스털은 지금까지 개발된 저장 장치 중에서 가장 많 은 용량의 데이터를 저장할 수 있는 가장 안정적인 저장 장치라고 할 수 있다. 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 201  정리하기 운영체제의 개념 운영체제 자원 관리 사용자 인터페이스 운영체제의 기능 보안 관리 파일 관리 입출력 장치 관리 네트워크 관리 자원 관리 자원의 개념 자원 모니터링 도구 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 허브 유무선 네트워크의 개념 무선 액세스 포인트 네트워크 유무선 네트워크의 특징 네트워크 IP 주소 공인 IP 주소 사설 IP 주소 환경 설정 정리하기 1 ( )는 하드웨어와 소프트웨어를 관리하여 4 ( ) 네트워크는 물리적인 선으로 컴퓨팅 시 컴퓨터가 효율적으로 작동할 수 있게 하고, 사용자가 컴퓨 스템을 연결하여 구성한 네트워크이고, ( ) 팅 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공한다. 네트워크는 물리적인 선 없이 무선으로 구성한 네트워크 이다. 2 컴퓨팅 시스템의 사용 가능한 한정된 자원을 효율적으로 5 숫자로 된 고유하고 유일한 인터넷 주소를 ( ) 사용하는 것을 ( )라고 한다. 라고 한다. 6 ( )는 컴퓨팅 시스템들이 내부에서 정보를 3 전송 매체를 통해 연결된 각각의 컴퓨팅 시스템들이 자원 공유할 때 사용하는 IP 주소이고, ( )는 외 을 공유할 수 있는 통신망을 ( )라고 한다. 부 네트워크인 인터넷에 연결할 때 사용하는 IP 주소이다. 202 IV. 컴퓨팅 시스템  정답 및 해설 241쪽 7 다음 운영체제의 기능 중 사용자 인터페이스에 대한 설 1 192.168.256.3으로 IP 주소를 입력하려고 한다. 이 IP 주 명으로 옳은 것의 기호를 모두 쓰시오. 소가 사용할 수 있는 것인지 아닌지를 판단하고, 사용 가 능하다면 왜 사용 가능한지, 불가능하다면 왜 불가능한 ㉠ 아이콘 등을 이용하여 쉽게 표현한 방식을 ‘GUI’ 지 그 이유를 함께 설명하시오. 라고 한다. ㉡ 명령 줄 인터페이스는 그래픽을 이용해 시각적 으로 표현하는 방식이다. ㉢ 키보드를 이용해 특정 명령어를 직접 입력하는 방 식은 대표적인 내추럴 사용자 인터페이스이다. ㉣ 사람의 손짓이나 음성, 시선 등을 자연스럽게 사 용하는 방식을 ‘내추럴 사용자 인터페이스’라고 한다. ( ) 8 다음에서 설명하는 운영체제의 기능은 무엇인지 쓰시오. 인터넷을 사용하기 위한 컴퓨팅 시스템의 내부 설정 이나 인터넷 연결 상태 및 연결 방식 등을 관리한다. ( ) 9 다음 ( ) 안에 공통으로 들어갈 알맞은 말을 쓰시오. 입출력 장치 등의 하드웨어를 컴퓨팅 시스템에서 2 유선 네트워크와 무선 네트워크의 장점과 단점을 각각 는( )(이)라고 한다. 서술하시오. 컴퓨팅 시스템에서 ( )은(는) 변경되기도 하 고, 새롭게 추가되기도 한다. ( ) 관리란, 컴퓨팅 시스템의 사용 가능한 한 정된 ( )을(를) 효율적으로 사용하는 것이다. ( ) 10 다음 빈칸에 알맞은 네트워크 장치의 이름을 쓰시오. ⑴ ( )은(는) 여러 개의 컴퓨팅 시스템을 유 선으로 연결해 네트워크를 구성하는 데 필요한 장치이다. ⑵ ( )은(는) 스마트폰, 노트북 컴퓨터 등을 무선으로 연결하여 네트워크를 사용할 수 있도록 하는 장치이다. 1. 컴퓨팅 시스템의 작동 원리 203  피지컬 컴퓨팅 피지컬 컴퓨팅 센서 보드를 이용해 주변 환경의 빛, 소리 등의 값을 입력받고, 블록 기반 프로그래밍 언어를 이용해 조건에 따른 처리를 하여 그 결과를 출력하거나 장치의 작동을 제어하는 컴퓨팅 시스템이다. 버튼 빛 센서 슬라이더 소리 센서 온도 센서 도난 경보 프로그램 센서 보드가 빛 센서의 값을 인식하여 어두워지면 도난 경보기가 울리도록 하 는 프로그램 풍선 프로그램 센서 보드에서 인식한 소리의 크기에 따 라 풍선의 크기를 변화시키는 프로그램 연관지어 일상생활의 문제를 해결하기 위해 직접 하드웨어를 구성하고 작동 순서를 설계한 후, 프로그래밍 언 생각하기 어로 구현하려면 어떻게 해야 할까? 204 IV. 컴퓨팅 시스템  1 피지컬 컴퓨팅 구성 장치 학/습/목/표 문제 해결에 적합한 피지컬 컴퓨팅 구성 장치를 선택할 수 있다. 좋은 방법이 없을까? 식물들이 다 핵/심/용/어 피지컬 컴퓨팅, 마이크로컨트롤러, 입출력 장치 시들면 어떻게 하지? 집을 장기간 비울 경우, 화분에 물을 어떻게 줄지 등과 같은 문제 상황에 놓이게 되는데, 이러한 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나로 피지컬 컴 퓨팅을 구성할 수 있다. 화분에 물을 주는 피지컬 컴퓨팅을 구성하려면 어떤 장치들이 필요할까? ? 식물이 시들지 않게 하려면 어떤 장치가 필요할까? 1 피지컬 컴퓨팅 피지컬 컴퓨팅(physical computing)은 일반적 인 컴퓨터보다 더 확장된 개념으로, 하드웨 어와 소프트웨어를 이용해 현실 세계와 컴퓨 팅 장치가 상호 작용하는 시스템을 말한다. 온도, 빛, 압력 등 시각, 청각 등으로 출력 현실 세계에서 피지컬 컴퓨팅은 온도, 빛, 압력 등과 같 측정한 값 은 현실 세계의 값을 측정하는 ‘입력부’와 이를 처리하는 ‘처리부’, 시각이나 청각 등 입력받은 값을 처리 하고, 출력부를 제어 현실 세계의 형태로 표현하는 ‘출력부’로 구 피지컬 컴퓨팅 성된다. 온도 센서를 통해 실내 온도를 감지하고, 사용자의 희망 온도와 비교하여 냉 센서(sensor) 빛, 소리, 온도 등과 같이 감각과 관 각팬의 작동 여부를 결정하는 에어컨의 ‘온도 제어 시스템’, 습도나 강수량, 일조 련된 신호를 수집하여 디지털 형태로 변환해 주는 장치이다. 량 등을 측정하여 물의 공급량이나 햇볕의 양 등을 자동으로 조절하는 ‘스마트 농장’ 등이 대표적인 피지컬 컴퓨팅의 예이다. 해보기 피지컬 컴퓨팅의 예 찾기 활용하기 우리 주변에서 에어컨의 온도 제어 시스템과 같이 피지컬 컴퓨팅이 적용된 다양한 실 생활 예를 찾아보자. 피지컬 컴퓨팅으로 어떤 것을 할 수 있나요? 2. 피지컬 컴퓨팅 205  2 피지컬 컴퓨팅 구성 장치 해보기 센서의 활용 예 찾기 활용하기 센서의 분류 집의 현관이나 화장실에 들어갈 때 자동으로 전등에 불이 켜지는 것을 본 적이 있을 센서는 산업용, 군사용, 연구용 등 다 양한 용도로 사용된다. 보통 검출 대 것이다. 이때 사용된 센서는 무엇이고, 이 센서가 활용된 또 다른 예에는 어떤 것들이 상이나 출력 신호, 센서에 사용된 재 있는지 찾아보자. 료 등에 따라 여러 가지로 분류할 수 있다. 또 별도의 전원이 필요한지에 현관이나 화장실에 사용된 센서의 특징은 무엇인가요? 따라서도 분류할 수 있다. 1. 입력 장치 입력 장치는 빛의 양, 소리의 크기, 온도의 변화, 압력의 세기 등 현실 세계의 다양한 값을 측정하여 디지털값으로 변환하는 장치이다. 대표적인 입력 장치에는 여러 종류의 센서(sensor), 조이스틱(joystick), 스위치(switch), 버튼(button) 등 이 있다. 대표적인 입력 장치 빛(조도) 센서 온도 센서 소리 센서 빛의 양을 측정하는 센서로 거리의 가로등이나 물체나 공기 중의 온도를 측정하는 센서로, 냉 소리를 전기적 신호로 변환하는 센서로, 마이 스마트폰의 밝기 조절 등에 사용한다. 장고, 에어컨 등에서 사용한다. 크나 소음 측정기 등에 사용한다. 버튼 조이스틱 전기 신호를 끊거나 이어 주며 기기를 조작하 상하좌우 원하는 방향의 값을 입력받는 장치로, 는 장치로, 출력 장치를 켜거나 끄는 데 많이 로봇 팔이나 바퀴 등을 제어하는 데 사용한다. 사용한다. 초음파 센서 거리, 사람의 유무, 속도 등을 측정하는 센서로, 자동차의 후진 거리 측정 등에 사용한다. 206 IV. 컴퓨팅 시스템 2. 출력 장치 출력 장치는 처리 장치에서 생성된 디지털값의 결과를 빛, 소리, 움직임 등과 같은 현실 세계의 다양한 값으로 표현하는 장치이다. 대표적인 출력 장치에는 발광 다이오드(LED), 액정 표시기(LCD), 7 세그먼트 표시 장치(seven- segment display), 스피커(speaker) 등과 ‘동작기’로 불리는 전동기, 솔레노이 동작기(액추에이터, actuator) 사람의 움직임을 인식해서 전동기를 드(solenoid) 등이 있다. 구동하여 문을 여는 자동문과 같이 전기적인 신호를 기계적인 움직임으 로 변환하는 장치를 말한다.  전동기, 유압기, 솔레노이드 해보기 상황에 맞는 출력 장치 선택하기 활용하기 도난 방지 장치를 만들려고 한다. 이때 사용할 수 있는 효과적인 출력 장치는 무엇인 지, 그 이유와 함께 말해 보자. 각각의 출력 장치가 표현하는 정보는 무엇인가요? 대표적인 출력 장치 발광 다이오드 액정 표시기 7 세그먼트 표시 장치 전압을 가했을 때 특정 색상의 빛을 내는 소자 화면에 글자나 숫자 등의 정보를 표현하는 장 7개의 획으로 숫자나 문자를 나타낼 수 있는 장 로, LED(light emitting diode)라고도 한다. 극성을 치로, LCD(liquid crystal display)라고도 한다. 치로, FND(flexible numeric display)라고도 한 가지고 있으며, 각종 전자 기기의 작동 상태 표 보통 글자 형태의 시각적인 정보를 제공할 때 다. 구조가 단순해서 전자시계, 내부 수치를 보 시, 장치의 연결 상태 확인 등에 사용한다. 사용한다. 여 주는 곳 등에 사용한다. 전동기 솔레노이드 전기 신호를 기계적인 회전 운동으로 변환시키 쇠막대가 왕복 직선 운동을 하는 장치로, 현관 는 장치로, 모터(motor)라고도 한다. 바퀴나 선풍 문의 잠금 장치 등에 사용한다. 기뿐만 아니라 스마트폰의 진동에도 사용된다. 종류에는 DC 전동기, AC 전동기, 서보(servo) 전동기, 스텝 전동기 등이 있다. 스피커 전기 에너지를 진동 에너지로 표현하여 소리를 들을 수 있게 해 주는 장치 로, 노래 재생이나 알람 등에 사용된다. 종류에는 다이나믹 스피커, 정전식 스피커, 피에조 스피커 등이 있다. 2. 피지컬 컴퓨팅 207  3. 처리 장치 마이크로컨트롤러의 종류 처리 장치는 입력 장치에 의해 입력된 디지털값을 목적에 맞게 처리하여 출력 대표적인 종류는 AVR 계열, PIC 계 열, 8051 계열, ARM 계열 등이 있다. 장치를 제어하는 역할을 한다. 이러한 처리 장치 중 대표적인 것이 마이크로컨트 롤러(MCU)이다. 중앙 처리 장치(CPU) 마이크로컨트롤러(MCU, micro controller unit)는 하나의 칩(chip)에 중앙 프로그램의 실행을 위해 다른 장치들 의 작동을 제어하고 연산하는 장치 처리 장치(CPU)와 기억 장치를 내장한 반도체이다. 가정에서 사용하는 냉장고, 로, CPU(central processing unit)라 고 한다. 세탁기, 에어컨 등과 같은 가전제품뿐만 아니라 로봇, 기계, 자동차, 사무기기 등 대부분의 전자 제품에 마이크로컨트롤러가 포함되어 있다. 예를 들어 냉장고에서는 습도, 온도, 문 열림 등을 감지하는 센서에 의해 수집 된 값을 냉장고에 내장된 마이크로컨트롤러가 처리하여 냉각팬을 회전시키거 나, 스피커를 통해 문 열림 정보를 출력한다. 입력 장치 출력 장치 문 닫힘 마이크로컨트롤러 문이 열린 열린상태가 상태가 문 열림 정보 입력 소리 정보 출력 30초를 10 초를지났는가? 지났는가? 문 열림 냉장고에 내장된 마이크로컨트롤러는 문 열림을 감지하여 30초 이상 문이 열려 있으면 스피커를 통해 소 리를 출력한다. 해보기 마이크로컨트롤러 활용하기 탐색하기 다음 전자 제품에서 마이크로컨트롤러를 이용하여 실현할 수 있는 기능들을 예시와 같이 상상해서 적어 보자. 전자 제품의 종류 실현할 수 있는 기능  뜨거운 음식을 넣으면 냉기를 집중적으로 가해 음식의 온도를 냉장고 금방 낮춘다. 세탁기 에어컨 마이크로컨트롤러의 역할은 무엇인가요? 208 IV. 컴퓨팅 시스템 활동노트 식물 관리 장치 만들기 활용하기 플러그드 ‌명수네 가족은 방학 동안 시골에 계신 할머니 댁에 현실 세계 서 지내기로 하였다. 그래서 집을 비운 동안 집 안의 식물을 관리할 수 있는 ‘식물 관리 장치’를 만들려고 한다. 다음 를 참고하여 필요한 입출력 장치 출력 장치들 입력 장치들 식물의 상태 습도, 온도 등 를 선택하고, 각 장치를 선택한 이유를 적어 보자. 에 관한 정보 과 같이 식물 를 출력하거 관리에 필요한 나 자동으로 정보를 입력받 물 주기 등을 을 수 있다. 할 수 있다. 처리 디지털 세계 보기 입력 장치: 빛 센서, 소리 센서, 초음파 센서, 온도 센서, 버튼, 스위치 등 출력 장치: 발광 다이오드, 액정 표시기, 7 세그먼트 표시 장치, 스피커, 전동기, 솔레노이드 등 구분 선택한 장치의 이름 선택한 이유 입력 장치 출력 장치 문제 해결을 위해 필요한 입출력 장치의 특징은 무엇인가요? 2. 피지컬 컴퓨팅 209  마이크로컨트롤러 보드 마이크로컨트롤러 보드는 마이크로컨트롤러를 처리 장치로 사용하는 싱글 보드 컴퓨터이다. ‘싱글 보드(single board) 컴퓨터’란 하나의 회로 기판에 입출력 장치, 처리 장치, 기억 장치를 통 합한 컴퓨터를 말한다. 마이크로컨트롤러 보드는 저렴한 비용의 하드웨어를 사용하기 때문에 적 은 비용으로 피지컬 컴퓨팅을 구성할 수 있어서 교육용으로 많이 사용된다. 대표적인 마이크로컨 트롤러 보드에는 아두이노(Arduino)가 있다. 발광 다이오드 디지털 입출력 핀 리셋 버튼 USB 연결 소켓  아두이노는 전원 연결, HIGH나 LOW 마이크로 의 디지털 값을 입출력하는 디지털 컨트롤러 입출력 핀 14개(0~13번), 아날로그 외부 전원 소켓 값을 입력하는 아날로그 입력 핀 6 개(A0~A5) 등으로 구성되어 있다. 전원 연결 아날로그 입력 핀 아두이노는 별도의 운영체제가 존재하지 않고, 한 번에 하나의 프로그램만 실행할 수 있다. 간 단한 명령만으로 입출력 장치를 제어할 수 있기 때문에 사용하기가 쉬워 온도, 습도, 빛 등 간단 한 값을 측정하는 작업에 많이 사용된다. 또 아두이노는 오픈 소스 하드웨어로 회로 기판이 공개 되어 있어서 아두이노를 기반으로 다양하게 응용 개발된 제품들이 많다. 아두이노 외에 많이 사 용되는 마이크로컨트롤러 보드에는 라즈베리 파이(Raspberry Pi)가 있다.  기본 아두이노에 빛 센서, 소리 센서, 3축 가속도 센서, 발  라즈베리 파이는 리눅스 기반의 운영체제를 설치해서 사 광 다이오드 등 여러 가지 센서와 저항, 버튼, 출력 장치 용해야 하기 때문에 아두이노에 비해 사용하기가 복잡하 등을 포함시킨 마이크로컨트롤러 보드도 있다. 다. 하지만 다양한 개발 환경을 만들 수 있으며, 여러 개 의 프로그램을 동시에 수행할 수 있다. 210 IV. 컴퓨팅 시스템  전기 회로(electric circuit) 전기 회로는 전기가 흐를 수 있도록 연결되어 있는 회로로, 전류가 한 지점에서 출발하여 다시 원래의 지점으로 돌아오도록 연결된 닫힌회로이다. 전원과 마이크로컨트롤러 보드, 각종 입출력 장치 등이 케이블을 통해 연결되어 하나의 전기 회로를 구성한다. 40 45 50 55 60 J I H G F E D C B A 20 15 10 5 1 브레드보드  브레드보드의 내부를 보면, 회로가 가로선으로 연결된 부분과 세로선으로 연결된 부분이 있다. 케이블 저항 전기 회로를 구성할 때에는 보통 브레드보드(breadboard)를 사용한다. 브레드보드는 장치의 핀이나 케이블을 정해진 위치에 꽂는 것만으로도 전기 회로를 쉽게 구성할 수 있기 때문에 테스 트용이나 개발용, 교육용 등에 많이 사용한다. 버튼을 이용하여 발광 다이오드에 불을 켜는 간단한 전기 회로를 만들어 보자. 이때 발광 다이 오드는 (+)극과 (-)극을 구분해야 하기 때문에 유의해야 한다. ① 버튼을 브레드보드 ④ 전원을 연결한다. 에 연결한다. 저항 전원 발광 다이오드 ② 발광 다이오드를 브 레드보드에 연결한 다. 보통 다리가 긴 쪽이 (+)극이다. 버튼 ③ 저항을 브레드보드 에 연결해서 발광 다 이오드를 보호한다. ‘건전지의 (+)극  →  버튼  →  발광 다이오드  →  저항  →  건전지의 (–)극’ 으로 전류가 흐른다. 2. 피지컬 컴퓨팅 211  2 피지컬 컴퓨팅 설계 학/습/목/표 문제 해결에 적합한 피지컬 컴퓨팅을 설계할 수 있다. 다 준비됐어. 조리법을 이제 어떻게 알아야 하는데. 핵/심/용/어 회로도 하지? 맛있는 음식은 여러 가지 재료만 준비된다고 해서 만?