컴퓨터 언어의 비트(bit)

필자는 자바스크립트로 개발을 시작했다. 매니지드 언어이다 보니, 직접 메모리에 할당이나 해제를 해보지 못했다. 그래서 내가 선언한 변수가 어떤 식으로 메모리에 할당되고 사용되는지 알 수 없었다.

하지만 개발을 하다보면 종종 '메모리 누수가 될 수 있으니 주의해야 한다', '메모리 낭비가 심하다' 등의 상황을 직면할 수 있는데, 그리 와닿지 않았다.

이를 이해하기 위해 컴퓨터를 공부해보려 한다.

비트

컴퓨터의 언어를 '비트(bit)'라 칭하며, 2진법을 사용한다는 뜻의 바이너리(binary)와 숫자를 뜻하는 디지트(digit)이 합쳐진 말이다.

일반적으로 전자기기에서는 신호가 꺼졌는지(0) 켜졌는지(1)로 구별하기 때문에 두 개의 숫자를 사용하는 2진법을 기반으로 발전했다. 모스 부호 역시 점(.)과 선(-) 두 개의 기호를 여러 가지 방식으로 조합하여 다양한 정보를 표현한다.

비트의 연산

비트는 논리 연산(logic operation)으로 다양한 내용을 표현할 수 있다.

https://instrumentationtools.com/logic-gates-and-truth-tables/

위는 진리표(truth table)이다. 0은 거짓, 1은 참을 뜻하며, 좌측에 입력(input)값을 우측이 출력(output)으로 결과 값을 보여준다.

진법 변환

컴퓨터의 모든 정보는 0과 1로 표현된다. 하지만 0과 1로 모두 표기하기에는 너무 길어지고 눈이 아파서 읽기 쉬게 표현하는 방법을 고안해냈다.

8진 표현법

하나는 8진 표현법(octal representation)이다. 2진수 비트들은 3개씩 그룹으로 묶는 것이다.

100이라는 2진 값을 8진 값으로 바꾸기 위해서는 (1 x $2^2$) + (0 x $2^1$) + (0 x $2^0$) = 4라는 식으로 계산한다.

16진 표현법

하지만 최근 컴퓨터는 8비트의 배수를 사용해 만들어지기 때문에, 8진 표현법보다는 16진 표현법(hexadecimal representation)을 많이 쓴다. 8의 배수는 4(16진수 한 자리의 비트 수)로 균일하게 나뉘지만, 3(8진수 한 자리의 비트 수)으로는 균일하게 나눠지지 않는다. 윈도우 컴퓨터를 사용 중이라면 프로그램을 다운 받을 때 32bit, 64bit 중 어떤 걸로 다운받을지 물어보는 경우를 종종 봤을 것이다.

16진수를 표현하기 위해서는 10 이상의 숫자가 필요하다. 그래서 abcedf하는 기호가 10에서 15를 표현하기로 했다.

0부터 15까지 각각 2진수와 10진수, 16진수로 어떻게 표현되는지 알아보자.

글자 다루기

아스키 코드(ASCII)

아스키(ASCII, American Standard Code for Information Interchange)는 문자를 인코딩해주는 대표적인 부호이며, 컴퓨터와 통신 장비 등 대부분의 장치가 아스키를 기반으로 만들었다.

출력 가능한 문자들은 52개의 영문 알파벳 대소문자와, 10개의 숫자, 32개의 특수 문자 그리고 하나의 공백 문자로 이루어진다. 전체 문자표는 ASCII에서 볼 수 있다.

ISO, 국가의 표준 그리고 유니코드

아스키 코드는 영어를 표현하는 데 필요한 모든 문자다. 컴퓨터가 전세계로 보급되면서, 그 밖의 언어를 지원해야 할 필요가 점차 늘었다. 이에 따라 국제 표준화 기구(ISO)는 ISO-646과 ISO-8859를 도입했다. 이는 아스키를 확장해 유럽 언어에 필요한 액센트 기호나 그 밖의 발음 구별 기호를 추가한 것이다.

이 외, 아시아권 나라에서도 각자의 표준이 생기기 시작했으며, 우리나라는 1976년에 한글을 표현하는 KSC5601를 만들었다.

국가마다 다른 표준을 만들었기 때문에, 전 세계 모든 문자를 컴퓨터에서 일관되게 표현하고 다룰 수 있도록 유니코드(Unicode)라는 표준이 생겼다.

유니코드는 문자 코드에 따라 각기 다른 인코딩(encoding)을 사용해서 컴퓨터가 읽을 수 있도록 표현한다. 가장 대중적인 인코딩 방식은 UTF-8이다.

색상 다루기

컴퓨터 모니터는 빨간색, 녹색, 파란색을 섞어서 색을 만들어내는데, 이를 RGB 색 모델이라 한다. 그리고 다루지 않은 어떤 색상을 표현하기 위해 알파(Alpha)라는 투명도를 사용한다.

http://web.simmons.edu/~grovesd/comm244/notes/week3/css-colors

R, G, B는 각각 8비트를 사용하여, $2^8$인 256가지(0~255)의 색상을 표현한다.

웹 개발을 하는 사람이라면 CSS로 색상을 대부분 hex color로 하는 걸 알 수 있을텐데, 이는 RGB를 16진수로 표기한 값이다.

추가할 내용

참고