[컴퓨터개론] 2강. 컴퓨터의 자료 표현

30 Nov 2021

컴퓨터개론

컴퓨터의 자료 표현

자료의 정의

협의의 자료 : 프로그램 실행을 위해 필요한 것
광의의 자료 : 프로그램과 그 프로그램을 이용해 원하는 결과를 얻기 위해 사용하는 모든 재료

자료의 표현 원리

모든 자료는 0과 1로 문장 표현된다.
ex) string ‘a’ === 01100001
컴퓨터 내부에서는 두가지 전기신호만을 표현할 수 있는 트랜지스터를 이용하여 자료를 처리하고 저장한다.
ex) 전류가 들어오면 0(On), 안들어오면 1(Off)
비트 : 컴퓨터의 정보 처리 단위중에서 가장 작은 정보 단위 (Binary Digit : 0, 1)
니블 : 바이트의 1/2 크기인 4비트
바이트 : 비트가 연속적으로 8개 모인 정보 단위 (1byte = 8bit) : 총 256(2^8)가지 종류의 정보 저장 가능
워드 : 4개의 바이트 모음, 시스템마다 크기가 다를 수 있음
(window : 32bit = 1 word, unix : 64 bit = 1 word)
비트 (1bit), 니블 (4bit), 바이트 (8bit), 워드 (32bit(window) 64bit(unix))

저장 용량의 단위

바이트가 저장 용량의 기본 단위
킬로 => 메가 => 기가 => 테라 => 페타 => 엑사 => 제타 => 요타

구분	B	KB	MB	GB	TB	PB	EB	ZB	YB
단위	바이트	킬로바이트	메가바이트	기가바이트	테라바이트	페타바이트	엑사바이트	제타바이트	요타바이트
하위 단위 환산	1 Byte	1024 Byte	1024 KB	1024 MB	1024 GB	1024 TB	1024 PB	1024 EB	1024 ZB
바이트 환산	2^0B	2^10 B	2^20 B	2^30 B	2^40 B	2^50 B	2^60 B	2^70 B	2^80 B

진수와 수의 표현

10진수
- 0~9의 10가지 수를 한 자리(Digit)의 기본단위로 사용
- 10진수
  - 각 자리는 오른쪽부터 1(10^0)자리, 10(10^1)자리, 100(10^2)자리 순
- N진수
  - 각 자릿수는 0에서 N-1까지의 정수를 이용함
  - 오른쪽부터 n번째 자리의 크기는 N^n-1
- 10진수를 2진수로 표현 하기 위해서는 2로 계속 나누면 된다.
- 10진수를 8진수로 표현 하기 위해서는 8로 계속 나누면 된다.

2진수
- 0과 1의 2가지 표현으로 각 자릿수를 표시
- 오른쪽부터 2^0, 2^1, 2^2… 지수 증가
- 2진수를 10진수로 바꾸려면 2 * 1, 2 * 2, 2 * 4…처럼 각각의 자리 숫자를 곱한후 더해주면 된다.

8진수
- 0부터 7까지의 8가지의 수를 이용하여 숫자를 표시
- 8진수를 10진수로 바꾸려면 8 * 1, 8 * 2, 8 * 4…처럼 각각의 자리 숫자를 곱한후 더해주면 된다.

16진수
- 0에서 9까지 그리고 A에서 F까지 총 16개의 숫자나 문자를 사용하여 표시

컴퓨터에서 음수 표현 방법

보수 : 컴퓨터에서 음의 정수를 표현하기 위해서 존재한다. (CPU에는 가산기(덧셈)민 존재하기 때문)
2의 보수 : 1의 보수에 1을 더하는 방법
1의 보수 : 주어진 이진수의 비트를 각각 0은 1로, 1은 0으로 변환하는 방법
부호와 절대치 : 양수 표현에 대하여 부호 비트의 값만 0을 1로 바꾸는 방법

컴퓨터의 정보 종류

정수

부호가 있는 정수 표현

양수와 음수를 모두 다루는 정수를 부호가 있는 (Signed) 정수
컴퓨터는 정수와 양수와 음수를 포현하는데, 주로 2진수와 2의 보수 방법을 이용
8비트의 메모리로는 2^8(256)의 정보를 표현 (2^7 ~ 2^7-1)

부호가 없는 정수 표현

양수만을 다루는 정수를 부호가 없는 (Unsigned) 정수

문자와 논리

문자

영문자는 7개의 비트의 조합으로 표현
아스키코드(ASCII : American Standard Code for Information Interchange)
- 미국 표준협회에서 국제적인 표준으로 정한 문자 코드 체계
- 7비트를 사용하여 128개의 문자, 숫자, 특수문 코드를 표현
- 7비트를 이용하지만 실제로 한 문자는 8비트인 1바이트에 저장
- 한 문자의 시작은 0으로, 나머지는 코드 값으로 구성
  (원래는 7비트지만, 실제 한문자는 8비트인 1바이트에 저장되기 때문)
엡시딕(EBCDIC : Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)
- 8비트를 사용하여 문자를 표현하는 코드 표준으로 IBM에서 제정한 코드
- Zone bits(2bit), Numeric bits를 종류별로 구분해 놓음
  (11: 대문자, 소문자, 10: 소문자, 01: 특수문자, 00: 사용하지 않음)
유니코드(Unicode)
- 전 세계 모든 언어를 하나의 코드 체계 안으로 통합하기 위하여 만들어진 코드
- 전 세계 문자를 모두 표현하기 위한 2바이트인 16비트로 확장된 코드 체계

논리

참(True)과 거짓(False)을 의미하는 두 가지 정보를 표현한 논리 값

컴퓨터의 연산

정수 연산

정수의 연산에서 주의할 점은 정해진 비트를 넘어서는 올림은 무시

17 (00010001) + 23 (00010111) => 40 : 00101000

정수의 뺄셈

2의 보수를 이용한 음수의 표현 방법을 이용
a-b의 연산은 a + (-b)로 변환하여 덧셈을 수행 ex) 4 - 4 => 4(0100) + (-4)(1100) = 0(0000)

부동소수 연산

부동소수의 덧셈과 뺄셈은 지수 부분을 두 지수 중에서 큰 수의 지수로 같게 조정하여 가수 부분을 덧셈 또는 뺄셈
메모리에 결과 값을 저장하기 전에 다시 정규화하여 저장
뺄셈 : 가수의 뺼셈에서 큰 것에서 작은 것을 빼고 큰 것을 부호를 부호부에 이용하면 연산이 간편

논리 연산

단항 연산자

NOT 연산자
하나의 항만이 연산에 참여

이항 연산자

AND, OR 연산자
두 개의 항이 연산에 참여

연산자 NAND : AND연산의 결과와 반대 !(A && B) 연산자 NOR : OR 연산의 결과와 반대 !(A || B) 연산자 XOR : 항이 서로 다르면 1이고, 같으면 0인 결과

부울 대수

논리회로를 수학적으로 해석하기 위해 영국의 수학자 부울(Boolean)이 제창한 기호 논리학의 한 분야
컴퓨터가 정보를 처리하는 방식에 대하여 이론적 배경을 제공함

부울 대수 공식 찾아보기

논리 함수 (부울 함수)

논리적인 문제를 해결하기 위한 수학적인 방법
이진 논리 (Binary Logic) 사용 : 참(1), 거짓(0)
논리 연산 : 논리곱(AND), 논리합(OR), 논리부정(NOT)
게이트 : 신호를 나타내는 데 사용되는 논리회로

논리 회로 설계 그려보기

부울 함수의 간소화 문제 풀어보기 (카노맵 이용해보기)