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이진수

일련의 비트 → 2진법으로 해석해 수를 나타낼 수 있음

바이트

데이터 처리와 메모리 구성의 기본 단위로 8비트로 이루어짐

더 크고 복잡한 것을 나타내는 큰 그룹의 일부일 때가 많다.

일련의 바이트로 표현할 수 있는 정보의 종류에는 제한이 없지만, 프로세스 자체에는 정보의 종류별로 몇 개의 특정 그룹들이 정의돼 있다. (이 부분은 CPU의 내장 메모리에 존재하는 레지스터 집합을 말하는 것 같음)

한 개 이상의 바이트를 나타낼 때

사람의 편의성을 위해선 십진수

개별 비트를 확인하기 위해 이진수 → 십진수보다 세 배 이상 길어서 너무 많은 공간을 차지해 대안 표기법으로 십육진수를 일반적으로 사용

십육진수는 프로그래머가 아니라면 볼 수 있는 곳이 많지 않다.

ex. 웹페이지의 색상, 유니코드에서 문자를 식별할 때

또 십육진수는 ‘네트워크’ 주제에서 볼 수 있을 것.

OS 버전에서 64비트, 32비트

컴퓨터의 내부적으로 데이터를 다양한 크기의 덩어리 단위로 조작

이 덩어리엔 수와 주소를 포함. 주소는 메모리상에 있는 정보의 위치를 말한다.

32, 64의 차이에서 관련된 것은 주소 속성이다. 32비트면 최대 4GB 메모리에 접근하기에 충분한 크기로 현재의 비대해진 메모리에 접근하기엔 충분하지 않아 64비트로 이행이 거의 완료된 상태

책에서는 128비트로 이행이 언제 일어날지 예측은 해보지 않았지만 한동안은 이대로 괜찮을 것이라 한다.

중요한 것

비트 모음의 의미가 상황에 따라 결정된다는 것

보이는 것만 가지고는 비트가 무엇을 의미하는지 식별할 수 없다.

요약에서 비트와 바이트 추가

왜 이진수를 이해하고 관심을 가져야 하는가?

십진수의 작동 원리를 더 잘 이해하게 도와주고, 비트의 개수는 공간, 시간 복잡도와 일정하게 연관되어 있기 때문

컴퓨터는 이해할 가치가 있고, 이진수와 이진 연산은 컴퓨터의 작동에서 핵심 개념

디지털 시스템은 모든 유형의 정보를 숫자 값으로 표현한다.

이진수

10대신 2를 쓰는 것뿐

비트(bit)

• 디지털 시스템 내부에서는 십진수체계가 아닌 이진수 체계를 사용한다.
• bit는 binary digit을 축약한 것이다.
  • 비짓(bigit)이라고 에드워트 텔러가 선호했다고 전해지지만 인기를 끌지 못했다.
• 0과 1, 즉 중간이 없는 상태를 나타내는데 이진법이 최적화 되어있다.
  • 켜짐/꺼짐, 참/거짓, 예/아니요, 높음/낲음, 좌/우, 위/아래 등등
• 즉 컴퓨터가 신호를 주고 받을 때 전류나 빛이 통하는지 안통하는지로 신호를 만들어 주고 받을 수 있는 것이다.

비트의 개수와 값의 개수

• 비트는 이진법이다. 즉 비트의 개수가 많아짐에 따라 표현할 수 있는 값의 개수는 2의 지수승으로 증가한다.

비트의 개수 값의 개수 비트의 개수 값의 개수

• 간단한 예시로 18개의 값을 표시한다고 했을 때 4개로 절대 표한할 수 없기에 5개의 비트가 필요하다.
  • 잡담(Y2K) : 과거 정보량을 아끼기 위해 날짜를 4바이트(1바이트는 8비트)가 아닌 2바이트로 표기했다. 1900년과 2000년 둘다 00년도로 표기했던 것이다. 이로 인해 2000년을 컴퓨터가 1900년으로 인식하고 주식과 은행 시스템 등에 오류가 발생해 붕괴하고 핵발전소가 오작동해 원자로가 붕괴하고, 핵미사일이 발사된며 세계전쟁이 발발한다는 터무니 없는 사태까지 번져 세계가 멸망한다고 했다. 물론 아무 일 없었다.
  • 추가로 32bit는 2038/01/19 03:14:07 까지 표기 가능한데 이 때 를 Y2K38 이라고 한다. 이때가 오기전 까지 64bit 이상의 컴퓨터를 쓰자
• 위 표를 잘 보면 2의 10승은 1024로 10의 3승인 1000이랑 비슷한 것을 알 수 있다. 기가(10^9)나 메가(10^6)와 같이 10의 3n 승으로 단위를 지정하고 국제적으로 사용하고 있다. 우리가 2기가 바이트 USB 메모리 스틱을 사면 업체는 9,000,000,000byte를 만들어서 팔지만 컴퓨터는 이거를 1024단위로 쪼개기 때문에 우리가 9기가바이트라고 산다면 컴퓨터로 읽으면 8.79기가 바이트로 읽는 것이다. 컴퓨터의 9기가 바이트는 (2^10)^3 인 1,073,741,824byte이다. 2.4%가 단위가 점점 증가할 수록 쌓이기 때문에 점점 차이가 벌어져 보인다. 1메가 일때는 24byte 차이였지만 내 2테라바이트 하드는 1.862테라 바이트로 나온다. 상술인지, 인식의 차이인지는 모르겠다.
• 앞서 다른 로그에서 언급했지만 흔히 사용하던 기가 단위에서 최근에는 테라 바이트를 넘어 페타 바이트 까지 사용하고 있다.
  • 기가 = 10^9
  • 테라 = 10^12
  • 페타 = 10^15

이미지 디지털화하기

아날로그 카메라

• 화학 물질을 입힌 플라스틱 필름에 있는 감광 영역을 피사체에서 오는 빛에 노출하여 영상을 만들어 낸다.
• 영역마다 서로 다른 색의 빛을 각기 다른 양으로 받아들이고, 받아들인 빛은 필름 내 염료에 영향을 미침
• 필름은 복잡한 화학 처리 단계를 거쳐 종이 위에 현상되고 인화됨

아날로그 카메라 원리

필름에 있는 *감광 영역에서 빛을 받아들여 피사체의 색상과 명암을 기록한다.

영역마다 다른 다른 양으로 받아들이고 → 받아들인 빛은 필름 내 염료에 영향을 줌 →

필름은 화학 처리 단계를 거쳐 종이에 현상된다.

*감광 영역 : 필름에서 빛을 받아들이는 부분. 각각 다른 색상을 인식할 수 있도록 설계됨.

디지털 카메라

• 렌즈가 적색, 녹색, 청색 필터 뒤에 놓인 미세한 광검출 소자의 직사각형 배열에 영상의 초점을 맞춤
• 검출 소자는 소자에 들어오는 빛의 양에 비례하는 양으로 전하를 저장 (저장된 전하는 수치로 변환)
• 계산되어 빛의 강도를 나타내는 수를 배열한 것
• 검출 소자가 더 많고 전하가 더 정밀하게 측정 될수록 디지털화된 영상은 피사체 원형을 더 정확하게 담아냄
• 센서 배열의 각 요소는 적색, 녹색, 청색 빛의 양을 측정하는 세 개의 검출 소자로 구성됨. (각 요소는 화소라는 뜻에서 픽셀이라 함)

디지털 카메라 원리

빛의 강도 계산 원리

1. 렌즈가 적, 녹, 청 필터 뒤에 놓인 광검출 소자의 직사각형 배열에 영상 초점을 맞춘다.
2. 각 검출 소자는 소자에 들어오는 빛의 양에 비례하여 전하를 저장한다.
3. 저장된 전하는 수치로 변환된다.

픽셀

적색, 녹색, 청색 빛의 양을 측정하는 소자를 픽셀이라고 한다.

디스플레이 화면은 각 빛 요소가 모여 구성된 배열에 영상을 표시한다.

→ 픽셀 수준에 따라 밝기 수준이 정해진다.

음향 디지털화하기

• 사회적, 경제적, 법적으로 중대한 영향을 시작한 첫 번째 분야임
• 바이닐 레코드나 카세트테이프와 달리 디지털 음악은 무료로 원하는 횟수만큼 집에서도 완벽하게 복제 가능
• 음악 스트리밍 서비스 (복제 금지 등 3부에서 다룸)

소리

• 음원에서 발생한 진동이 공기 압력을 변화시켜 일으킨 파동
• 소리의 근원인 음원에서 발생한 진동이 공기에 압력 변화를 일으켜 파동의 형태로 전파되어 고막을 진동시키면 신경 활동으로 변환되며, 뇌에서 이것을 소리로 받아드림
• 1870년 토머스 에디슨 축음기 장치 만듬 LP는 시간에 따른 음압의 변화를 패턴으로 새긴 나선형의 홈이 비닐 원판 나선형 홈에 패턴을 만드는데 사용됨
• 전자 회로의 전압이나 전류, 빛의 밝기, 또는 축음기처럼 순수하게 기계적인 시스템 등 여러 가지로 나타낼 수 있다. 음압 파장의 y축은 음의 강도나 세기를 나타내고, x축은 시간 초당 지나가는 파동의 개수가 음의 높이 또는 주파수가 된다.

곡선의 높이(마이크에서 측정한 기압)를 일정한 시간 간격으로 측정한다고 가정

측정값을 모아 두 면 곡선의 값에 가까운 일련의 수치기 됨

일련의 수가 파형의 디지털 표현이며, 저장, 복사, 조작되고 다른 곳으로 전송될 수 있다.

• 일련의 수를 해당 수치에 맞는 전압과 전류 패턴으로 변환하고, 스피커나 이어폰을 구동하고, 다시 소리로 표현하는 장치로 음악을 재생할 수 있다.
• 파형의 수로 변환하는 과정이 아날로그에서 디지털로의 변환 과정이며, 변환으로 수행하는 장치를 A/D 변환기라고 한다.
• 반대 방향은 물론 디지털에서 아날로그로의 변환, 즉 D/A 변환이다.
• 변환은 결코 완벽하지 않고 각 방향으로 변환될 대 일부 정보를 읽게 된다.

디지털 데이터를 재생하는 방법

1. 저장된 수치를 전압과 전류 패턴으로 변환하고
2. 스피커나 이어폰을 구동하고
3. 다시 소리로 재생한다.

디지털에서 아날로그의 변환은 D/A 변환이다.
각 변환은 손실이 있지만, 일반적인 사람들이 감지하기 어려운 정도이다.

• 1982년쯤 등장했고 디지털 음향이 소비자에게 전달된 첫 번째 사례
• 트랙을 따라 나 있는 각 점들은 표면이 평평하거나 미세하게 파여 있다.
• 소리와 영상은 사람이 인지할 수 있는 것보다 많은 세부 정보를 담고 있기 때문에 압축할 수 있다.

CD

: 디지털 음향이 소비자에게 전달 된 첫 번째 사례

1. 디스크의 한 쪽 면에 있는 긴 나선형 트랙에 숫자 기록
2. 트랙을 따라 점이 있고, 각 점들은 평평하거나 파여 있다.
3. 평평하거나 파여있는 점들이 파장의 수치를 인코딩하는 데 사용됨
4. 각 점은 단일 비트이고, 비트가 모여 이진 인코딩 수치를 표현한다.
5. 디스크가 회전함에 따라 레이저가 트랙을 비춘다.
6. 광전 센서가 빛이 반사되는 양의 변화를 감지한다.
7. (반사되는 빛이 많지 않다면 파인 부분, 많으면 평평한 부분)

음악 압축 기술 : MP3, AAC

사진 압축 기술 : JPEG

영화 디지털화하기

• 1870년대 영국인 사진가 에드워드 마이브리지는 일련의 정지 영상을 차례대로 빠르게 연속해서 보여줌으로써, 사물이 움직이는 것처럼 보이는 착시 현상을 만드는 방법을 시연
• 영화의 디지털 표현은 음향과 영상 요소를 결합하고 동기화한다.
• 표준 동영상 표현 기술인 MPE 같은 압축 기술을 사용하면 저장에 필요한 용량을 줄일 수 있다.
• 일련의 정지 영상을 차례대로 빠르게 연속해서 보여주어 사물이 움직이는 것처럼 보이게 한다.
• 영화는 초당 24프레임, TV는 초당 25프레임 또는 30프레임
• 음향과 영상 요소를 결합하고 동기화 한다.

텍스트 디지털화하기

• 어떤 종류의 정보는 추가적인 변환 과정 없이 디지털로 어떻게 표현할지 합의하기만 하면 되므로 디지털 변환이 쉽다.
• 아스키 코드를 통해 변환함.

아스키 코드 : 각각의 문자에 고유 번호를 부여한 것.

유니코드 (링크)

• 다양한 지역 또는 언어권마다 많은 문자 집합 표준이 있지만, 전 세계적으로는 유니코드라는 단일 표준으로 수렴한다.
• 모든 언어에 있는 모든 문자에 고유한 숫자 값을 지정한다.
• 유니코드에는 14만 개가 넘는 문자가 있고 그 수는 꾸준히 늘고 있다.
• 유니코드 웹사이트에는 모든 문자를 보여 주는 도표가 있다.

디지털 표현은 이 모든 종류의 정보와 더불어 숫자 값으로 변환될 수 있는 어떤 것이든 나타낼 수 있다. 또한 숫자에 불과하므로 디지털 컴퓨터로 처리될 수 있다.

보편화된 디지털 네트워크인 인터넷을 통해 다른 어떤 컴퓨터로도 복사될 수 있다.