CS 강의 7. 자료의 저장과 표현

출처 : 내일배움캠프

 

1. 비트와 바이트

1 - 1. 이진수 체계

- 0과 1만 사용해 수를 나타내는 체계. 각 자리는 2의 거듭제곱으로 컴퓨터 시스템에서 메모리와 프로세서는 0과 1의 상태를 쉽게 표현하고 처리할 수 있어, 이진수를 사용해 데이터를 저장하고 연산을 수행한다. 논리 게이트는 이진수의 입력과 출력을 기반으로 논리적인 연산을 수행하며, 이진수는 논리 연산의 진리값을 표현하는 데 사용된다

1 - 2. 비트

비트는 이진수 체계에서 0과 1 두가지 값을 가질 수 있는 최소한의 단위. 여러 비트를 조합해 복잡한 정보를 나타낼 수 있다. 8비트는 256가지의 조합을 나타낼 수 있다. 텍스트, 숫자, 이미지, 음악, 비디오 등 모든 정보는 비트로 변환되어 저장되고 처리된다. 컴퓨터는 비트를 이해하고 다룰 수 있는 회로와 알고리즘을 사용해 정보를 처리하고 표현한다

1 - 3. 바이트의 개념

바이트는 컴퓨터에서 데이터를 저장하고 처리하는 데 사용되는 단위. 일반적으로 8개의 비트로 이루어져 있다. 컴퓨터 메모리는 주로 바이트 단위로 관리된다. 메모리의 각 주소는 바이트 단위로 접근되며, 프로그램이나 데이터는 바이트로 구성된 메모리에 저장되며 파일 시스템에서도 파일 크키는 일반적으로 바이트로 저장 및 표기된다

2. 자료의 표현 형식

2 - 1. 텍스트 자료의 표현

(1) ASCII

- 7비트로 구성되며, 각 비트 조합은 128개의 고유 문자를 나타낸다

- 영어, 숫자, 특수 문자 등을 포함한다

* 아스키코드가 7비트인 이유 : 알파벳 등을 표현하기에 7비트면 충분했기 때문에

 

아스키 확장코드

- 추가 문자를 지원하기 위해 1비트를 더해 새로운 아스키코드를 정의했다. 그렇지만 여전히 모든 문자를 표현할 수 없다

 

(2) 유니코드와 UTF-8

1. 유니코드

- 전 세계의 모든 문자를 고유한 코드 포인트로 나타내는 국제표준

- "U+"로 시작하며, 각 문자는 16진수 값으로 표현된 코드 포인트를 나타낸다

- 각 문자에는 유니코드 코드 포인트라고 불리는 16진수의 고유 식별자가 할당된다

- 문자를 표현하는 방식 표준(저장, 전송 표준 X)

 

2. UTF-8

- 유니코드를 컴퓨터에서 저장하고 전송하기 위한 가변 길이 문자 인코딩 방식

- UTF-8은 아스키 문자에 대해 7비트로 표현하며, 다른 유니코드 문자는 8비트 이상으로 확장해 표현하므로 효율적으로 문자를 저장하고 전송할 수 있다

- UTF-8은 가변 길이 인코딩이기 때문에 유니코드 코드 포인트를 다양한 크기의 바이트 시퀀스로 변환한다. 아스키 문자는 1바이트로 표현되며, 추가 문자는 2바이트부터 최대 4바이트까지 사용된다

 

~ 유니코드는 국제표준 문자표현방식, UTF-8은 유니코드를 효과적으로 사용해 문자를 저장 및 전송하는 인코딩 방식

~ UTF-8은 가변 길이 인코딩을 사용해 다양한 크기의 바이트 시퀀스로 문자를 표현

2 - 2. 숫자 자료의 표현

- 비트의 조합을 통해 숫자를 표현한다

- 부호 없는 정수 : 이진수 사용

- 부호 있는 정수 : 부호 비트를 추가한 이진수

- 실수 : 일반적으로 IEEE 754 표준 준수

2 - 3. 멀티미디어 자료의 표현

1) 이미지

- 비트맵 또는 벡터 형식으로 표현

- 비트맵은 픽셀로 구성되며, 각 픽셀은 색상 정보를 의미하는 숫자로 구성된다

- 벡터는 수학 식이나 명령어로 구성되며, 확대 및 축소에 따라 해상도가 유지된다. SVG가 대표적인 형식 중 하나

 

2) 오디오

- PCM은 가장 기본적인 오디오 표현 방식으로, 아날로그 오디오 신호를 디지털로 변환. WAV와 AIFF가 PCM 오디오를 저장하는 방식이다

- 압축한 오디오 방식이 MP3와 AAC가 있다

 

3) 동영상

- 동영상은 주로 비트맵 이미지와 오디오를 조합해 구성한다. AVI, MP4, MKV 등의 형식이 있다

- MPEG, H.264, VP9, AV1 등의 압축 형식이 있어, 비디어 데이터를 효율적으로 압축해 저장 및 전송할 수 있게 한다