[컴퓨터 구조] 데이터

전공 수업 때, CS를 분명히 공부했음에도 실제로 어떻게 적용되며 어떻게 각 계층이 이어지는 것인지에 대해 유기적으로 이해하지 못했었다. 이번에 강의를 듣고 정리하는 과정을 통해 확실하게 내 지식으로 가져가보고자 한다 !

 

강의는 패스트캠퍼스의 '현실 세상의 컴퓨터공학 지식 with 30가지 시나리오' 를 수강했다.

https://fastcampus.co.kr/dev_online_newcomputer

현실 세상의 컴퓨터공학 지식 with 30가지 실무 시나리오 초격차 패키지 Online. | 패스트캠퍼스

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이진수와 2의 보수

컴퓨터는 0과 1만을 이해한다. 0과 1로만 표현하기에는... 표현할 것들이 너무 많다. 숫자 안에서도 양수, 음수, 소수가 있고 당장 이렇게 쓰고 있는 문자도 있다. 어떻게 0과 1로 표현할까?

• 모든 양수를 0과 1로 표현하는 방법? : 이진수
• 모든 음수를 0과 1로 표현하는 방법? : 2의 보수
• 모든 소수를 0과 1로 표현하는 방법? : 부동 소수점
• 모든 문자를 0과 1로 표현하는 방법? : 문자 집합 & 인코딩

이진법(이진수)

• 이진법: 0과 1로 모든 수를 표기하는 방법
• 이진수: 0과 1만으로 표현된 수
• 1을 넘어가는 시점에 자리를 올린다. (십진수도 9 넘으면 10으로 자리 올림이 된다.)
• 단점 : 숫자가 너무 길어진다. -> (해결 : 십육진법으로 표현한다.)

십육진법(십육진수)

• 십육진법: 1~9과 A~F로 모든 수를 표기하는 방법
  • A==10, B==11, C==12, D==13, E==14, F==15
  • 이진법과 마찬가지로, 15(F)를 넘어가는 시점에 자리 올림
  • 십진수로 표현 안하는 이유? : 16은 2의 4제곱이기 때문에 변환이 편하다.

2의 보수법

• 0과 1만으로 음수를 표현하는 방법 중 하나
• 어떤 수 n을 그보다 큰 2^n에서 뺀 값 = 모든 0과 1을 뒤집은 뒤, 1을 더한 값

2의 보수 계산법

근데, 0101(2)가 음수를 표현했다면 -11이고, 양수로 표현했다면 5인데, 주어진 수가 양수/음수인 것을 어떻게 알 수 있을까?

CPU 내부 저장장치 중 '플래그'가 있는데, 이 플래그 레지스터를 통해 알 수 있다.

• 플래그: CPU가 명령어를 실행하는 과정에서 참고할 정보의 모음
• 음수 플래그가 세팅 되어 있을 경우: 음수
• 음수 플래그가 세팅 되어 있지 않을 경우: 양수

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부동 소수점

아래 Java 코드의 결과는 무엇일까?

 

우리가 알기로는 Equal이 나와야하지만, Not Equal이 나온다. 

이는, 컴퓨터 내의 소수점 표현 방식의 한계 때문이다. (= 부동 소수점의 한계 때문)

 

 

 

이와 같이 표현하는 것의 문제

• 십진수 소수를 이진수로 표현할 때 십진수 소수와 이진수 소수 표현이 딱 맞아 떨어지지 않을 수 있다
• e.g. 1/3이라는 분수 m X 3^n 꼴로 표현하면 딱 떨어진다
• e.g. 1/3이라는 분수 m X 10^n 꼴로 표현하면 무한히 많은 가수가 필요하다 -> 하지만 가수를 담는 비트도 한정되어 있기 때문에, 비트 넘어가면 잘림 -> 이런 것 때문에 계산이 맞지 않을 때가 있다.

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문자 인코딩과 디코딩

0과 1로 문자 표현하기

• 문자 집합: 표현 가능한 문자들의 집합
• 문자 인코딩: 문자를 0과 1로 이루어진 문자 코드로 변환
• 문자 디코딩: 0과 1로 이루어진 문자 코드를 문자로 변환

문자가 깨지는 현상은 인코딩-디코딩 방식이 맞지 않거나, 문자 집합이 유효하지 않을 때 발생한다.

 

대표적인 문자 집합, 인코딩-디코딩 형식은 무엇이 있을까?

 

아스키 코드

아스키 문자 조합

• 알파벳
• 아라비아 숫자
• 일부 특수 문자
• 제어 문자

아래의 코드표와 대응하는 것이 곧 인코딩 하는 것이다.

아스키 코드 표

유니코드

아스키코드는 7비트로 표현하기 때문에 많은 문자를 표현할 수 없다. 그래서 한글도 표현할 수 없다. 

한글을 표현하기 위해 다른 인코딩 방식을 만들 수도 있지만, 다국어를 지원하는 곳에서 언어에 따라 다른 인코딩을 하도록 하면 복잡해진다. 그렇기 때문에 많은 문자를 표현할 수 있는 유니코드가 등장했다.

 

유니코드 문자 집합

• 대부분의 언어
• 특수문자
• 이모티콘
• 화살표 등

유니코드 코드 포인트 : 유니코드 문자에 부여된 고유한 수 (이 코드 포인트를 인코딩한다.)

 

코드 포인트를 인코딩하는 방식에 따라 utf-8, utf-16, utf-32 등으로 나뉜다.

즉, 유니코드 문자 집합을 인코딩하는 다양한 방법들이 있다.