[CS50 2019] (컴퓨팅 사고) 이진법

컴퓨터 과학이 무엇인지 알아 보자. 사람이 정보를 어떻게 표현하는지 생각해 보고, 컴퓨터는 정보를 어떻게 표현할 수 있는지 그 방법에 대해 알아 보자.

📌 컴퓨터 과학(Computer Science)

강의에서 교수님은 컴퓨터 과학에 대해 아래와 같이 설명했다.

What is computer science? It's just a process of solving problem.
컴퓨터 과학은 무엇일까? 이것은 문제를 해결하는 과정일 뿐이다.

컴퓨터 과학이 문제를 해결하는 과정이라면, '문제를 해결하는 과정'은 과연 무엇일까?

어떠한 문제를 입력(input) 받아 적절한 답안의 출력(output)을 구하는 문제 해결 과정(a process of solving problem)이라 할 수 있다.

이제 컴퓨터를 통하여 문제를 해결하기에 앞서, 컴퓨터가 정보를 표현 방법에 대해 알아 보자.

주어진 데이터를 숫자 0과 1로만 표현하는 것을 이진법(binary)이라고 한다.

사람에게 정보의 표현은 숫자를 세는 걸로 시작한다. 이를 '단일 표기법(unary notation)'이라 한다. 너무 자연스럽게 이해할 수 있는 숫자 123은 왜 123일까? 아래와 같은 약속을 통해 이루어진다.

$123 = (10^2 \times 1) + (10^1 \times 2) + (10^0 \times 3) $

$ = 100 + 20 + 3$

즉, 100의 자리, 10의 자리, 1의 자리를 나누어 각각의 자리에 곱셈을 더해서 나타낸다. 이를 십진법(decimal)이라 한다.

0과 1로만 표현하는 이진법으로 전구가 켜지거나 꺼지는(전기가 있거나 없는, 1이거나 0을, 참이거나 거짓인) 상태를 나타낼 수 있다.

이진수 $011_{(2)}$ 또한 십진법의 규칙처럼 아래와 같이 나타낼 수 있다.

$011_{(2)} = (2^2 \times 0) + (2^1 \times 1) + (2^0 \times 1) $

$ = 0 + 2 + 1$

비트(bit)는 0과 1을 나타내는 이진수를 나타내고, 바이트(byte)는 8개의 비트를 나타낸다.

비트(bit)는 이진수(binary digit)를 요약한 단어이며, 0과 1로만 값을 나타내는 측정 단위이다.

하지만, 하나의 비트로는 수많은 양의 데이터를 표현하기에 많이 부족해 보인다. 따라서 몇 개의 비트를 하나로 묶어 어느 정도 가짓수를 가진 새로운 단위를 만들었다. 그게 바로 바이트(byte)이다.

바이트(byte)는 8개의 비트가 모여 이진수 $00000000_{2}$부터 이진수 $11111111_{2}$까지 나타낼 수 있는 8자리의 이진수이다.

1 byte는 십진법으로 0부터 255까지 256개의 수를 나타낼 수 있다.