한 권으로 읽는 컴퓨터 구조와 프로그래밍 1장 정리

• 언어
  • 의사소통을 위해 쓰고, 문맥에 따른 의미
• 문자 언어
  • 기호의 나열
• 비트
  • 'binary' + 'digit' -> 요거 두개를 합친 말이라고 함
  • 2진법 사용
• 논리 연산
  • 논리적으로 예/아니오
• 불리언대수
  • 비트에 대해 사용 가능한 연산 규칙 집합
  • 결합법칙, 교환법칙, 분배법칙을 적용 가능
  • NOT : 논리적 반대
  • AND : 전부 참이어야 참
  • OR : 하나라도 참이면 참
  • XOR : 서로 달라야 참
• 드모르간의 법칙
  • (A and B) == NOT(NOT A or NOT B)
• 정수를 비트로 표현
  • 2진수 쓰자
  • 그럼 음수는?
    • 부호화 크기 표현법
      • 한 비트를 부호에 사용, 나머지 비트를 0부터의 크기를 표현 -> 잘 안쓰임
        • 비트 구성에의 비용에서 0을 표현하는 방법이 2가지라 비용 낭비
        • 덧셈 계산 불가능
    • 1의 보수
      • 양수의 모든 비트를 뒤집기
        • 7 -> 0111(2)
        • 6 -> 0110(2)
        • -6 -> 1001(2)
        • -7 -> 1000(2)
      • 부호와 크기 표현법과 비슷하게 비트를 부호 비트와 나머지로 나눔
      • 문제는 동일
      • 그리고 MSB(가장왼쪽비트)에서 올림이 있으면 LSB(가장오른쪽비트)로 올림 전달하는 순환 올림이 필요 -> 복잡하고 순환올림 처리 따로 필요
    • 2의 보수
      • 요즘은 이걸 쓴다.
      • 숫자를 뒤집어서 1 더하는걸 음수로 표현하기
    • 참고로 이런 방식들은 문맥에 따라 어떤걸 썼냐를 알아두는게 좋을것이다.
  • 그럼 실수는
    • 고정소수점 표현법
      • 임의로 2진 소수점 위치를 정하는거
        • 예를들어 4비트면 (왼쪽2비트는 정수) (오른쪽2비트는 소수점) 이런식으로
        • 이거 좋기는 한데 범용컴퓨터(좀 일반적으로 다양한 역할로 쓰는거)에서는 넓은 범위의 수를 다뤄야 하는데 이럴려면 큰 숫자를 쓸거고 -> 그러면 지금 방식은 너무 필요 비트가 많아질것이다.
    • 부동소수점 표현법
      • 과학적 표기법을 2진수에 적용
        • 가수 * (2의지수배) 로 하는거
          • 그니까 10진수에서 13 * 10^2 이런것처럼
          • 2진수에서는 (1 * 1/2) * 2^2 이런식으로
            • 가수를 만들고 거기다가 지수를 곱하는거
        • 2의 지수배를 곱하니까 큰 수를 표현하기 좋다.
        • 소수점의 이동이 가능하다.
        • 다만, 딱봐도 엄청 비효율적이다.
          • 0.0 * 2^0 ~ 0.0 * 2^3 => 싹다 0
          • 비트패턴이 가능한 모든 수를 표현하지 못함
            • 이게 보면 지수가 커질수록 패턴사이 값차이가 커짐
            • => 근데 이게 왜 모든 수를 표현하지 못하는걸까?
              • 지수가 커지면 얘가 차이가 커져서 중간에 값을 표현하기 골때림 -> 2 4 8 16 32 64 ...
        • 자바에서 그래서 double같은거 쓰면 이상한 결과가 나오는 떄가 많다.
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      • 그래서 보니까 블록체인같은거 구현할떄는 float 연산을 지원하지 않는다함
• 2진코드화한 10진수 시스템(BCD : binary-coded decimal)
  • 2진수로 수를 표현하는 방법중 하나
  • 4비트를 사용해 10진 숫자를 표현한다.
  • 12 -> 0001 0010 (2)
    • 0001 -> 10의자리 1
    • 0010 -> 1의자리 2
  • 척봐도 뭔가 많이 써야함 -> 잘 안쓰임
• 2진수를 다루는 쉬운 방법
  • 2진수로 되어있으면 보기 힘듦
  • 8진 표현법
    • 말 그대로 3비트씩 묶어서 보여주기
  • 16진
    • 4비트씩
    • 이게 많이 쓰이는 이유는 요즘 컴퓨터 내부가 8비트의 배수를 사용해서 만들어져서임
• 비트 그룹 이름
  • 니블 : 4bit
  • 바이트 : 8bit
  • 하프 워드 : 16bit
  • 워드 : 32bit
  • 더블 워드 : 64bit
• 텍스트 표현
  • 아스키 코드
    • 우리가 알고있는 그거임, 사실 표준이었음
  • 유니코드
    • 아스키는 기본적으로 영어 기반이라 다른 언어들을 지원하기 위해 도입
    • 16비트로 시작해서 지금은 21비트까지 확장됐다.
    • 유니코드 변환 형식 8비트
      • 컴퓨터는 아직 8비트를 사용해 문자를 표현함
      • 그래서 유니코드를 문자 코드에 따라 다른 인코딩을 사용해 해결함
        • 인코딩이란 : 다른 비트 패턴을 표현하기 위해 사용하는 비트 패턴
      • UTF-8
        • 아스키코드는 그냥 8비트라 고대로 사용
        • 문자를 8비트 덩어리(옥텟)의 시퀀스로 인코딩
        • 0 -> 1바이트 / 110 -> 2바이트 / 1110 -> 3바이트 / 11110 -> 4바이트
        • 10 -> 이거는 위에서 2, 3, 4바이트 등을 쓴다고 알려주면 그 다음부터 요렇게 나타남
        • 문자를 사용한 수 표현
          • QP인코딩(출력 가능하게 변경한 인코딩 == Quoted Printable Encoding)
            • = 다음에 바이트의 각 니블을 표현하는 16진 숫자 2개를 추가해 8비트값을 표현
              • 아스키 코드가 아닌것들은 =EA=80 이런식으로 =뒤에 있는 니블로 표현하도록 작성하는것.
              • 딱보면 1바이트 표현을 위해 3바이트를 사용해서 매우 비효율적
          • Base64
            • 3바이트 데이터를 4문자로 표현
              • 3byte -> 24bit 이거를 6bit짜리 4개로 나눠서 표현
              • 원본데이터가 1바이트남으면 마지막에 =, 2바이트 남으면 ==
          • URL인코딩
            • Percent-Encoding이라고도 함
            • % 뒤에 16진 표현을 덧붙인다
            • 예를들어 / 가 따로 의미없이 쓰이기를 원하면 %2F 이렇게
• 색 표현
  • 24비트 RGB -> 근데 24비트는 잘 안쓰고 컴퓨터에서 32비트 쓰니까 32비트를 사용
  • 투명도
    • 위에서 RGB각각 1바이트니까 남는 1바이트를 투명도로 사용
    • 소숫점단위가 아니라 255(8비트) 에서 분수로 표현 (0.5면 127해서 255의 절반정도)
    • 그리고 이 투명도(위에서는 0.5)를 색깔에 곱해서 저장하는것
  • 색 인코딩
    • 16진 트리플렛 -> #ffffff 이런거