[CS] 컴퓨터 기초 - 컴퓨터의 수 체계와 데이터 표현

컴퓨터의 모든 수는 0과 1로 이루어진다. (이진수)

이진수의 자리 값은 다음과 같다.
2^0 = 1    2^-1 = 0.5
2^1 = 2    2^-2 = 0.25
              ...

이진 데이터 표현

이진값은 트랜지스터의 두개의 상태를 나타낸다.

비트: 기본적인 논리적/물리적 단위 (1/0 = on/off)
바이트: 비트의 8개 묶음 (니블 = ½ 바이트)
워드: 바이트의 묶음 (4 바이트가 대표적이다.)
십육진수는 이진수의 짧은 표현에 사용된다.

• 각각의 십육진수는 4-비트 이진 패턴과 직접 연관된다.
          예: 1111 1010 1100 1110 =
              F  A    C   E

정수 표현

정수는 고정된 개수의 비트로 저장된다. ( ex) 2004 는 16-비트 정수 0000 0111 1101 0100)
부호(+, -)가 있는 수는 2의 보수 방법으로 저장된다.
가장 왼쪽 비트가 부호를 나타낸다. (1= 음수, 0= 양수)

양수의 경우는 고정 길이를 갖는 필드 왼쪽에 0을 넣어주고, 음수의 경우는 2의 보수를 실행한다.

8비트 필드에서 2의 보수로 수를 저장하는방법은 다음과 같다.

00110100는 +52 이고, 11001100는 -52 이다.
음수의 표시 방법은 다음과 같다.

• 52를 2비트로 바꾸면 00110100이다.
• 1. 비트를 반전시킨다. 11001011
• 2. 1을 더한다.       11001100

분수 표현

컴퓨터는 분수를 저장한다.

저장 기술은 부동 소수점을 이용한다.

IEEE-754 규격에는 이진 가수와 지수를 사용한다.

구현은 더 진보된 연구의 부분을 기술한다.

문자 표현

컴퓨터는 표준 문자를 저장한다.
ASCII (아스키)

• 7비트 패턴으로 문자를 표현한다.
• 영문 대문자, 소문자,  숫자, 구둣점, 특수문자 등을 포함하고 있다.
• 128 개의 서로 다른 문자를 가진다.

세계화로 인한 확장의 필요성이 나타났다. 그로 인해 확장된 ASCII와 유니코드가 등장했다. 확장된 ASCII는 총 256개 이며, 유니코드는 총 34168개 이다. 

이미지 표현

스크린 이미지는 색상 있는 빛의 작은 점으로 이루어져 있다. 이러한 점을 픽셀이라고 부르며 가장 작은 단위이다.

해상도: 각각의 행과 열에 있는 픽셀 수를 의미한다.

각각의 픽셀은 이진 패턴으로 컴퓨터에 저장된다.

RGB인코딩: 빨강, 파랑, 초록이 24비트중 각각 8비트를 사용해서 각 색의 양에 따라 색상이 결정된다. 흰색은 모든 비트가 1일때이고, 검은색은 모든 비트가 0일때이다.

사진과 같은 이미지도 픽셀 기반 방법으로 저장된다.

큰 이미지 파일은 JPG, GIF 포맷등으로 압축할 수 있다.

동영상도 마찬가지로 압축이 가능하다. (MPEG, MOV, WMV 등)

 

사운드 표현

사운드는 진폭(Amplitude,volume)과 주파수(Frequency,pitch)를 가지는 파형(waveform)으로 구성된다.

컴퓨터는 고정된 간격으로 사운드를 샘플링한다.

• 각각의 진폭에 따른 이진값을 할당해서 샘플링 한다.
• 각각의 샘플에 대한 비트의 개수는 얼마나 많은 진폭 레벨이 표현되어야 하느냐에 따라 결정된다.
• CD음질의 오디오를 얻기 위해서는 1초에 44,000번 이상의 샘플링이 이루어져야 하며, 각각의 샘플은 65,000개 이상의 진폭을 얻어야한다.