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CS 정리 2P

bit (비트)

binary digit의 약자로, 컴퓨터에서 정보를 표현하는 가장 작은 단위이다.

비트는 0(고)과 1(저)의 두 가지 값만 가질 수 있으며, 모든 디지털 데이터는 이러한 비트의 조합으로 이루어진다.

여러 비트가 모여 byte(바이트)를 형성하며, 1바이트는 8비트로 구성된다.

비트의 역할

정보 표현

  • 텍스트, 이미지, 오디오, 비디오 등 모든 형태의 데이터는 비트의 조합으로 표현된다.
  • 문자 ‘A’는 01000001 (8비트)로 표현된다.

연산 수행

  • 컴퓨터의 중앙 처리 장치(CPU)는 비트 단위로 데이터를 처리한다.
  • 기본적인 논리 연산(AND, OR, NOT)과 산술 연산(덧셈, 뺄셈 등)을 비트를 이용해 수행한다.

Binary (이진법)

숫자를 0과 1의 두 가지 숫자로만 표현하는 수 체계이다.

이진법은 컴퓨터와 디지털 시스템의 기본적인 수 체계로, 모든 데이터와 명령어가 이진법을 통해 표현되어 처리된다.

이진법의 개념

  • 이진법은 숫자를 0과 1의 두 가지 상태로 표현한다.
  • 각 자릿수는 2의 거듭제곱을 기반으로 한다.
  • 이진수의 각 자리 값은 오른쪽에서 왼쪽으로 2^0, 2^1, 2^2, 2^3, … 순으로 증가한다.
  • 이진수 1101의 각 자리 값은 2^3, 2^2, 2^1, 2^0로 각각 8, 4, 2, 1을 나타낸다.

이진수 표현 방법

숫자 변환

십진수(10진법) 13을 이진수로 변환하는 방법:

  • 13을 2로 나누면 몫이 6, 나머지가 1
  • 6을 2로 나누면 몫이 3, 나머지가 0
  • 3을 2로 나누면 몫이 1, 나머지가 1
  • 1을 2로 나누면 몫이 0, 나머지가 1
  • 나머지를 역순으로 배열하면 1101이 된다.

이진수 덧셈

이진수의 덧셈은 십진수의 덧셈과 유사하지만, 2를 넘으면 자리 올림이 발생한다.

  1. 0 + 0 = 0
  2. 0 + 1 = 1
  3. 1 + 0 = 1
  4. 1 + 1 = 10
  5. 1 + 1 + 1 = 11
1010
+ 1101
------
10111 (23)
  • 첫 번째 자리 (오른쪽에서 첫 번째 비트): 0 + 1 = 1
  • 두 번째 자리: 1 + 0 = 1
  • 세 번째 자리: 0 + 1 = 1
  • 네 번째 자리: 1 + 1 = 10

이진수 뺄셈

이진수의 뺄셈도 자리 발림을 사용하여 수행된다.

  1. 0 - 0 = 0
  2. 1 - 0 = 1
  3. 1 - 1 = 0
  4. 0 - 1 = 1
  1101  (13)
-  1010  (10)
---------
  0011  (3)
  • 첫 번째 자리: 1 - 0 = 1
  • 두 번째 자리: 0 - 1 = 1 (빌림이 필요, 왼쪽 자리에서 1 빌림)
  • 세 번째 자리: 1 - 0 = 1 (빌려주기 전에 1 - 1 + 1(빌림) = 1)
  • 네 번째 자리: 1 - 1 = 0

이진법으로 음수를 표현하는 방법

가장 일반적인 방법은 Two’s Complement(2의 보수) 표현을 사용하는 것이다.

  • 양의 이진수를 1의 보수로 변환: 모든 비트를 반전시킨다. (0을 1로, 1을 0으로)
  • 1의 보수에 1을 더하여 2의 보수를 구함: 1의 보수에 1을 더한다.
  • 예: -3을 2의 보수로 표현
    1. 십진수 3을 이진수로 변환: 3 → 0011
    2. 1의 보수로 변환: 0011 → 1100
    3. 1의 보수에 1을 더함: 1100 + 1 → 1101 따라서, 4비트 시스템에서 -3은 1101로 표현된다.

2의 보수를 이용한 덧셈과 뺄셈

2의 보수를 사용하면 음수와 양수의 덧셈 및 뺄셈을 동일한 방식으로 수행할 수 있다.

  0101 (5)
+ 1101 (-3)
--------
 10010

5비트 결과에서 4비트만 취함: 0010 (2)

따라서, 5 + (-3) = 2이다.

MSB (Most Significant Bit)

이진수에서 가장 중요한 자리의 비트를 의미한다.

가장 왼쪽에 위치한 비트로, 숫자의 부호(양수 또는 음수)나 크기에 큰 영향을 미친다.

  • Sign Bit(부호 비트)
    • 특히 2의 보수 표현에서 MSB는 숫자의 부호를 나타낸다.
    • MSB가 0이면 양수, 1이면 음수이다.
    • 0101 (5)에서 MSB는 0, 따라서 양수이다.
    • 1101 (-3)에서 MSB는 1, 따라서 음수이다.
  • 숫자의 크기 결정
    • MSB는 가장 높은 값을 가지는 자리이므로 숫자의 크기를 결정하는 데 큰 영향을 미친다.
    • 예를 들어, 8비트 숫자에서 MSB는 2^7(128)의 값을 가진다.

이진법의 활용

컴퓨터 내부 처리

  • 컴퓨터는 전기적 신호의 두 가지 상태(ON/OFF, 1/0)를 사용하여 데이터를 처리하므로 이진법이 적합하다.
  • 모든 데이터(문자, 이미지, 소리 등)는 이진수로 변환되어 처리된다.

메모리 주소 지정

  • 메모리의 각 주소는 이진수로 표현된다.
  • CPU가 메모리의 특정 위치에 접근할 때 이진 주소를 사용한다.

디지털 통신

  • 네트워크와 통신 시스템에서는 이진수로 데이터를 전송한다.
  • 신호를 0과 1로 변환하여 전송하고, 수신 측에서 이를 다시 해석한다.

이진법과 다른 수 체계의 변환

십진수에서 이진수로 변환

앞서 설명한 대로, 십진수를 2로 나누어 나머지를 구하고 이를 역순으로 배열한다.

이진수에서 십진수로 변환

이진수의 각 자리 값을 2의 거듭제곱으로 변환한 후 합산한다.

이진수 1101은 (1 x 2^3) + (1x2^2) + (0x2^1) + (1 x 2^0)

즉 8 + 4 + 0 + 1 = 13이다.

이진수에서 십육진수로 변환

이진수를 4자리씩 묶어 각 묶음을 십육진수로 변환한다.

이진수 10101100은 1010(A)와 1100(C)으로 나뉘어 AC(십육진수)가 된다.

십육진수에서 이진수로 변환

각 십육진수 자리를 4비트의 이진수로 변환한다.

십육진수 1F는 1(0001)과 F(1111)로 변환되어 00011111이 된다.

쉽게 알아보는 이진수












a01100001
b01100010
c01100011
d01100100
e01100101
f01100110
g01100111
h01101000
i01101001
j01101010
k01101011
l01101100
m01101101
n01101110
o01101111
p01110000
q01110001
r01110010
s01110011
t01110100
u01110101
v01110110
w01110111
x01111000
y01111001
z01111010
A01000001
B01000010
C01000011
D01000100
E01000101
F01000110
G01000111
H01001000
I01001001
J01001010
K01001011
L01001100
M01001101
N01001110
O01001111
P01010000
Q01010001
R01010010
S01010011
T01010100
U01010101
V01010110
W01010111
X01011000
Y01011001
Z01011010
000110000
100110001
200110010
300110011
400110100
500110101
600110110
700110111
800111000
900111001
00100000
!00100001
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#00100011
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%00100101
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