컴퓨터가 지닌 특별한 강점은 어떠한 기계든지 흉내 낼 수 있다는 점입니다. 사람만큼 융통성 있는 컴퓨터는 아직 등장하지 않았지만, 그런 컴퓨터는 언젠가 등장할 것이 분명합니다.
기본적으로 컴퓨터는 기호를 섞는 장치라고 말할 수 있습니다. 예를 들어 비행기의 고도와 대지 속도 같은 기호를 넣으면 필요한 연료, 보조 날개의 필수 변경 각도 같은 다른 기호들 말입니다.이러한 입력 기호를 출력 기호로 바꾸는 일을 컴퓨터 내부에 설치된 프로그램이 수행합니다. 이 프로그램은 기호를 무한하게 다시 기록할 수 있습니다. 컴퓨터가 다른 기계와 다른 이유는 이러한 프로그램을 짜 넣을 수 있기 때문입니다.
튜링이 1930년대에 고안한 기호 섞는 장치는 컴퓨터처럼 보이지 않았습니다. 이 장치의 프로그램은 1차원 테이프에 0과 1만을 사용하는 이진법으로 저장되었습니다. 그 이유는 숫자와 지시어를 포함한 모든 것은 궁극적으로 이진법 숫자로 환원할 수 있기 때문입니다. 중요한 것은 튜링 기계는 어떤 기계를 따라하든 그 설명을 받아들여 이진법으로 부호화하여 해당 기계를 흉내 낼 수 있다는 것입니다. 이 장치를 만능 튜링 기계(universal turing machine)라고 불렀습니다.
튜링은 컴퓨터가 할 수 없는 일, 아무리 대단한 성능의 컴퓨터라도 해낼 수 없는 일을 쉽게 찾아냅니다. 일명 정지 문제(halting problem)라고 하는 것입니다. 정지 문제란, 만약 컴퓨터에 '그 프로그램보다 먼저 처리하라'고 명령하는 프로그램을 넣으면 컴퓨터는 끝없이 반복되는 순환 고리에 갇히지 않을 수 있을까?
튜링은 현명하게 추론한 뒤에 컴퓨터는 컴퓨터 프로그램을 정지할 것인지 영원히 연산할 것인지 결정할 수 없습니다. 따라서 정지 문제는 사람이 만들 수 있는 그 어떤 컴퓨터로도 해결할 수 없는 문제라고 입증했습니다.
0과 1의 예술
이진법은 모든 수를 0과 1로 표기합니다. 이진법을 사용하면 숫자를 기록할 수 있고, 작동 명령까지 내릴 수 있습니다. 연속하는 이진법 숫자(비트)가 해야 할 일을 그저 '더해라' 하는 식으로 지정해주기만 하면 됩니다. 이 1은 곱하고 이 1은 명령을 수행한 뒤에 처음으로 돌아가서 다시 명령을 수행하라고 지정하기만 하면 됩니다. 이런 정보 혁명의 매력에 빠져 이진법은 물리학을 낳은 우주의 핵심 토대라고 주장하는 물리학자도 있습니다.
컴퓨터에 이진법이 적합한 이유는 서로 다른 두 상태를 지정하는 장비만 있으면 하드웨어에 0과 1을 표시할 수 있기 때문입니다. 만약 정보를 저장하려면 자기 매체(magnetic medium)가 필요합니다. 자기 매체에는 0을 나타낼 때와 1을 나타낼 때 각각 다른 방향으로 자성을 띠는 작은 영역이 있습니다. 한편, 정보를 처리하기 위해서 전자 장비가 필요한데, 바로 트랜지스터입니다.
트랜지스터는 기본적으로 고무호스 같은 역할을 합니다. 발로 호스를 밟으면 물의 흐름을 차단할 수 있는 것처럼 게이트에 전압을 가하면 출발지(소스)에서 목적지(드레인)로 가는 전자의 흐름을 조절할 수 있습니다. 1은 전류가 흐르게 하고, 0은 전류를 차단하도록 합니다.
트랜지스터
트랜지스터는 모래, 즉 규소(실리콘)으로 만듭니다. 지각에 들어 있는 원소 가운데 두 번째로 풍부하고, 모래를 만드는 이산화규소에도 들어 있는 그 규소 말입니다. 규소는 도체도 아니고 부도체도 아닌 반도체입니다. 반도체란 다른 원소의 원자를 조금만 섞어주면 전기적 특성이 완전히 바뀝니다.
규소는 인이나 비소 원자와 결합할 수 있습니다. 이때 잉여 전자가 하나 생깁니다. 이렇게 잉여 전자가 있는 반도체를 음전하 반도체 혹은 n형 반도체라고 합니다. 그런데 규소는 붕소와 갈륨과 결합하면 전자를 한 개 더 받아들일 수 있는 공간이 생깁니다. 신기하게도 전자가 없는 이 빈 공간이 양전하를 띤 전자(양전자)처럼 이리저리 움직입니다. 이런 반도체를 정공(positive hole)이 있는 반도체 또는 p형 반도체라고 부릅니다.
컴퓨터가 느린 이유
현재 노트북 컴퓨터가 느린 이유는 트랜지스터에 있는 전기 에너지만 사용하기 때문입니다. 더구나 트랜지스터에 있는 전기 에너지는 컴퓨터를 안정적으로 유지하는 데만 쓰이는 에너지 때문에 완전히 줄어듭니다. 노트북은 이용할 수 있는 모든 에너지를 연산 처리 작업에 투입하고, 노트북의 질량에는 에너지를 전혀 공급하지 않는 노트북입니다.