[CS][CS50] 컴퓨팅 사고 - 컴퓨터 과학 / 2진법 / 정보의 표현

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모두를 위한 컴퓨터 과학 (CS50 2019) : David J. Malan
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모두를 위한 컴퓨터 과학 (CS50 2019)

 

 

컴퓨터 과학 (Computer Science)

문제 해결에 대한 학문

입력(input)을 전달받아 출력(output)을 만들어내는 과정에서 중간에 있는 과정을 컴퓨터 과학이라고 한다.

[출처] 모두를 위한 컴퓨터 과학 (CS50 2019) 1-1

 

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2진법

우리가 일상에서 사용하는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 총 10개의 기호로 수를 표현하는 방식을 10진법이라고 한다.

"123" 을 우리가 "백이십삼" 이라고 읽는 이유는

"1x100 + 2x10 + 3x1 = 123" 과 같이 10의 거듭제곱으로 자리수를 표현하기 때문이다.

 

2진법은 10진법과 비교하자면

0과 1, 2개의 기호로 표현하는 방식,

2의 거듭제곱으로 자리수를 표현하는 방식이다.

 

2진법으로 표현된 "011"을 10진수로 표현해 읽어보자면

"0x2^2 + 1x2^1 + 1x2^0" 과 같이 2의 거듭제곱으로 해석할 수 있으며

계산 결과 2진법에서 11은 10진법에서 3임을 알 수 있다. 

 

 

컴퓨터는 0 ~ 9 와 같은 다양한 숫자를 가지고 있지 않고, 오직 0과 1로만 데이터를 표현한다.

즉, 2진법을 사용한다.

 

이 2진법에 대해서 우리는 on/off 상태를 표현하는 스위치와 같이 비유해볼 수 있다.

스위치에 불이 들어온 on을 1, 스위치가 꺼진 off를 0과 같이.

그리고 컴퓨터는 아주 많은 스위치들로 구성되어있는 장치인 셈이다.

 

[출처] 모두를 위한 컴퓨터 과학 (CS50 2019) 1-1

비트(bit)

정보를 저장하고 연산을 수행하는 컴퓨터가 사용하는 측정단위 비트(bit).

binary degit(이진 숫자)라는 뜻을 가졌고, 0과 1 두 가지 값만 가진다.

컴퓨터는 여러개의 비트로 디지털 데이터를 표현해 사용한다.

 

비트만으로 단위를 표현하기에는 한계가 있기 때문에 사용하는 것이 비트열이다.

[출처] 모두를 위한 컴퓨터 과학 (CS50 2019) 1-1

- byte(바이트) : 8개의 bit로 만들어진 것. 2^8=256개의 서로 다른 바이트가 존재할 수 있다.

- Kbyte(KB, 킬로바이트) : 1,000개의 byte

- Mbyte(MB, 메가바이트) : 1,000개의 Kbyte

- Gbyte(GB, 기가바이트) : 1,000개의 Mbyte

 

더 큰 데이터 단위를 이용해서 조금 더 복잡한 유형의 데이터를 저장할 수 있다.

 

 

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정보의 표현

스위치(on:1 off:0)로 숫자를 표현한다면, 문자는 어떻게 표현해야할까? 이것도 스위치를 이용한다.

세상에는 문자를 숫자로 표현할 수 있도록 정해진 약속(표준)이 있다.

그 약속 중 하나는 ASCII다.

 

ASCII(아스키코드)

American Standard Code for Information Interchange. 미국정보교환표준부호

영문 알파벳을 사용하는 대표적인 문자 인코딩 방식

총 128개의 부호로 정리되어 있으며

A~Z는 10진수로 65~90, a~z는 97~122로 표현 가능함을 알 수 있다.

[출처] ASCII Conversion Chart (https://web.alfredstate.edu/faculty/weimandn/miscellaneous/ascii/ascii_index.html)

A	B	C	D	E	F	G	H	I
65	66	67	68	69	70	71	72	73
J	K	L	M	N	O	P	Q	R
74	75	76	77	78	79	80	81	82
S	T	U	V	W	X	Y	Z
83	84	85	86	87	88	89	90

 

예시로 A의 경우 10진수로 65.

2진수로는 "65 = 2^6 + 2^0" 로 계산 가능하여 "1000001" 과 같이 표현이 가능하다.

 

 

ASCII보다 더 다양한 문자를 표현하는 표준으로는 Unicode가 존재한다.

특수기호를 넘어서 😂과 같은 이모지 표현까지 가능한 표준이며

예시로 해당 이모지는 10진법으로는 128,514, 2진법으로는 11111011000000010 라고 한다.

 

 

그리고 그림과 영상, 음악 역시도 숫자로 표현이 가능하다.

예시로 그림을 표현하는데에는 pixel 과 RGB가 이용된다.

 

핵심은 컴퓨터가 2진법을 이용해 다양한 디지털 데이터를 표현할 수 있다는 점이다.