존 폰 노이만 stored-program 방식, 전선 뽑던 컴퓨터가 달라진 이야기

옛날 컴퓨터는 계산 하나 바꾸려면 전선을 뽑고 다시 꽂아야 했다고?

여러분, 수학 시험 문제를 풀다가 다음 문제로 넘어갈 때 연필만 옮기면 되잖아요? 그런데 1940년대 컴퓨터는 그게 안 됐어요. 문제 하나를 바꾸려면 사람이 직접 수백 개의 전선을 뽑고, 다른 구멍에 다시 꽂아야 했거든요.

그때 세상에서 가장 유명한 컴퓨터는 '에니악(ENIAC)'이라는 기계였어요. 방 하나를 꽉 채울 만큼 거대했고, 무게만 30톤이 넘었어요. 교실 하나에 코끼리 다섯 마리를 욱여넣은 거랑 비슷하다고 생각하면 돼요.

문제는 이 괴물 같은 기계가 덧셈 프로그램을 돌리다가 곱셈 프로그램으로 바꾸려면, 엔지니어 여러 명이 며칠 동안 매달려서 전선을 재배치해야 했다는 거예요. 마치 게임을 바꿀 때마다 닌텐도 스위치를 분해해서 부품을 하나하나 다시 조립해야 하는 것과 같아요. 상상만 해도 끔찍하죠? 바로 이 끔찍한 문제를 보고 "이건 아닌데?"라고 생각한 천재가 있었어요.

프로그램도 데이터처럼 메모리에 저장하면 되잖아 — 유튜브 영상을 폴더에 넣듯이!

그 천재의 이름은 존 폰 노이만이에요. 헝가리 부다페스트에서 태어난 수학자인데, 여섯 살 때 여덟 자리 나눗셈을 암산으로 풀었다는 전설이 있을 정도로 머리가 비상했어요.

폰 노이만은 기가 막힌 아이디어를 냈어요. "전선을 뽑을 필요 없이, 프로그램 자체를 숫자로 바꿔서 메모리에 저장하면 되잖아!" 쉽게 말하면 이런 거예요. 유튜브에서 영상 A를 보다가 영상 B를 보고 싶으면, 컴퓨터를 분해할 필요 없이 그냥 다른 파일을 클릭하면 되잖아요? 영상 A도, 영상 B도 같은 폴더 안에 나란히 들어 있으니까요. 폰 노이만은 '명령어(프로그램)'와 '데이터(숫자)'를 똑같은 메모리 공간에 함께 넣자고 한 거예요.

이 구조를 '폰 노이만 구조'라고 불러요. 핵심은 세 가지예요. 첫째, 명령어와 데이터를 한 메모리에 저장한다. 둘째, CPU라는 처리 장치가 메모리에서 명령어를 하나씩 꺼내 실행한다. 셋째, 이 과정이 자동으로 반복된다. 전선을 뽑던 세상이 완전히 달라질 준비가 된 거예요.

전선 뽑던 세상에서 앱 터치 한 번이면 되는 세상으로 바뀌다

폰 노이만 구조 덕분에 컴퓨터는 완전히 다른 존재가 됐어요. 프로그램을 바꾸는 데 며칠이 걸리던 것이, 몇 초면 끝나게 된 거예요. 이건 마치 게임을 바꿀 때마다 기계를 분해하던 세상에서, 홈 화면에서 앱 아이콘만 톡 누르면 되는 세상으로 점프한 것과 같아요.

그런데 폰 노이만의 영향은 컴퓨터에서 끝나지 않았어요. 그는 '게임이론'이라는 분야도 만들었는데, 이건 사람들이 서로 경쟁하거나 협력할 때 어떤 선택이 가장 유리한지 수학으로 계산하는 거예요. 급식 시간에 친구랑 남은 치킨 한 조각을 누가 가져갈지 협상하는 것도 게임이론으로 분석할 수 있어요! 이 이론은 지금 경제학, 정치학, 심지어 인공지능 연구에까지 쓰이고 있어요.

폰 노이만은 1957년에 겨우 쉰세 살로 세상을 떠났지만, 그가 남긴 두 가지 선물 — 컴퓨터 구조와 게임이론 — 은 오늘날 우리 삶 구석구석에 살아 있어요. 그리고 그 구조는 놀랍게도 지금 여러분 주머니 안에도 들어 있어요.

네 주머니 속 스마트폰도 80년 전 그 아이디어 위에서 돌아가고 있다

스마트폰을 꺼내서 한번 보세요. 카카오톡, 유튜브, 게임 앱이 전부 같은 기기 안에 들어 있죠? 앱을 바꿀 때 폰을 분해하거나 전선을 뽑는 사람은 아무도 없어요. 그게 가능한 이유가 바로 80년 전 폰 노이만이 설계한 구조 덕분이에요.

여러분 폰 안의 프로세서(AP)는 메모리에서 명령어를 꺼내고, 실행하고, 결과를 다시 메모리에 저장하는 일을 1초에 수십억 번씩 반복하고 있어요. 이 과정이 바로 폰 노이만 구조의 원리 그대로예요. 1945년에 종이 위에 그려진 아이디어가 지금 여러분 손바닥 위에서 쉬지 않고 돌아가고 있는 거죠.

다음에 스마트폰으로 게임을 켜거나 숙제 검색을 할 때 한 번만 떠올려 보세요. "아, 이게 다 그 헝가리 천재 아저씨 덕분이구나." 위대한 아이디어는 사라지지 않아요. 기계 속에 조용히 살아서, 매일 우리를 도와주고 있거든요.