[컴퓨터 구조 ①]컴퓨터가 정보를 표현하고 저장하는 방식

1. 2진수와 비트

컴퓨터는 모든 정보를 이진법(binary)으로 처리한다. 이는 컴퓨터 내부가 전기적 신호의 유무(켜짐: 1, 꺼짐: 0)로 구성되기 때문이다.

주요 개념:

• 비트(Bit): 정보의 최소 단위. 1비트는 0 또는 1 중 하나의 값을 가짐.

• 바이트(Byte): 8비트로 구성되어 문자, 숫자 등을 저장하는 기본 단위.

• 2진수 ↔ 10진수 변환:

  • 2진수 1101은 10진수로 1×2³ + 1×2² + 0×2¹ + 1×2⁰ = 13.

• 기본 연산:

  • AND: 둘 다 1일 때만 1 → 1 AND 1 = 1, 1 AND 0 = 0

  • OR: 둘 중 하나라도 1이면 1 → 1 OR 0 = 1

  • XOR: 다르면 1 → 1 XOR 0 = 1, 1 XOR 1 = 0

  • NOT: 반전 → NOT 1 = 0

• 2의 보수 표현법:

  • 음수를 표현할 때 사용. 예: -5는 ~5 + 1 = 2의 보수.

  • 장점: 덧셈 하나로 뺄셈도 처리 가능.

2. 컴퓨터의 저장 원리

컴퓨터는 데이터를 임시 또는 영구적으로 저장한다. 이 저장은 하드웨어의 물리적 특성과 밀접한 관련이 있다.

주요 저장 기술:

• 플립플롭(Flip-Flop): 1비트 정보를 기억하는 전자 회로. 기본적인 기억소자.

• 레지스터: CPU 내부에서 빠른 속도로 데이터를 저장/처리. 보통 32비트 또는 64비트.

• RAM (Random Access Memory):

  • 휘발성 메모리로, 전원이 꺼지면 데이터 사라짐.

  • 각 주소에 데이터를 임의 접근(Random Access) 가능.

• ROM (Read-Only Memory):

  • 비휘발성. 부팅 시 필요한 BIOS, 펌웨어 등을 저장.

• 보조 저장장치:

  • HDD: 자기 디스크 사용. 저렴하고 대용량 가능.

  • SSD: 플래시 메모리 기반. 속도가 빠름.

• 캐시 메모리:

  • CPU와 RAM 사이에 위치. 자주 쓰이는 데이터 저장으로 성능 향상.

  • L1, L2, L3 등 계층 구조 존재.

3. 정보의 숫자 단위

컴퓨터는 정보를 양으로도 다룬다. 이 때 사용하는 단위들이 명확히 정의되어 있다.

기본 단위 체계:

• 1 bit: 0 또는 1 중 하나.

• 1 Byte = 8 bits

• 1 Kilobyte (KB) = 1024 Bytes

• 1 Megabyte (MB) = 1024 KB = 2²⁰ Bytes

• 1 Gigabyte (GB) = 1024 MB

• 1 Terabyte (TB) = 1024 GB

단위 사용 예시:

• 텍스트 파일: 1KB ~ 수백 KB

• MP3 음악: 3MB ~ 10MB

• Full HD 영화: 수 GB

• 4K 영상: 수십 GB 이상

단위 표기 이슈:

• 운영체제는 보통 이진 단위 사용 (1KB = 1024B)

• 제조업체는 SI 단위 사용 (1KB = 1000B), 그래서 디스크 용량이 작아 보일 수 있음