[ 2014-1] 정보통신기초 week 2 : 데이터의 저장

[2015-1] 정보통신기초

Week 2 : 데이터의 저장

담당교수 : 최 윤 정

Chapt.1 데이터의 저장

1.1 비트의 저장

1.2 주기억장치

1.3 대용량 기억장치

1.4 비트 패턴을 이용한 정보

표현

1.5 2 진 시스템

1.6 정수의 저장 * 1.7 소수의 표현 * 1.8 데이터 압축 * 1.9 통신 오류 *

목차

1.1 비트와 비트패턴

비트 (bit): 2 진 숫자 (binary digit) - 0 또는 1 비트 패턴은 정보 표현에 사용된다 .

숫자

텍스트 문자

이미지

사운드

기타 등등

부울 (Boolean) 연산

부울 연산 : 한 개 이상의 참 / 거짓 값을 다루는 연산

부울 연산자 AND OR XOR (eXclusive OR) NOT

게이트

부울 연산을 계산하는 장치

대부분 전압 수준에 따라 0 과 1 을 나타내며 , ( 소형 ) 전자

회로로 구현된다

컴퓨터 제작에 사용되는 구성 요소

VLSI (Very Large Scale Integration) : 한 개의 칩 위에 수백만개의 플립플롭 & 제어회로들을 만들거나

칩 하나 = 컴퓨터 하나 일 수도 있다 .

플립플롭 (flip-flop)

게이트로 만든 회로이며 , 1 비트를 저장할 수 있음 0 또는 1 을 출력값으로 가지며 , 다른 회로로부터 출력값을

변경하라는 신호를 보내올 때까지 출력값을 일정하게 유지하는 회로

저장 값을 1 로 설정하는 입력 라인을 가짐

저장 값을 0 으로 설정하는 입력 라인을 가짐

두 입력 라인 모두 0 일 때 , 가장 최근의 저장 값을 유지함

간단한 플립플롭 회로

A, B 입력 모두 0 인 동안 출력값은 변하지 않는다

그러나 A 에 1 을 걸면 . 출력은 1 이되고

아래쪽 입력에 순간적으로 1 을 걸면 출력 0 이 된다 .

A

B

플립플롭의 출력을 1 로 만들기

a. 위쪽 입력에 1 을 건다 .

플립플롭을 구성하는 또다른 방법(SR NOR Latch) 모양은 다르지만 동작은 같다 .

디지털 회로설계

추상화도구

비트 저장방법

16 진법 (Hexadecimal Notation) 긴 비트열 ( 비트열 , stream) 을 위한 간이 표기법

비트 패턴을 4bit 그룹들로 분할 각 그룹을 한 개의 기호로 표현

예 ) 10100011 10100011 A3 1010 10(10) A(16) 0011 3(10) 3(16)

연습문제

1. AND (XOR(A,B) , C) 출력이 1 이 되게 하는 입력비트 패턴은 ?

4. NAND( Not(A), Not(B) ) 의 연산결과는 ?

5. 0110101011110010 (2) 16 진수로

1.2 주기억장치

비트 저장소

셀 (cell): 주기억장치의 단위 : 대개 한 바이트 (byte) 에 해당하는 8 비트

최상위 비트 (Most significant bit): 메모리 셀의 가장 왼쪽 ( 상단 /high-

order end) 비트

최하위 비트 (Least significant bit): 메모리 셀의 가장 오른쪽 ( 하단 /low-

order end) 비트

주기억장치 주소

주소 (address): 컴퓨터의 주기억장치 안의 셀을 식별하는

고유한 “이름”

이 이름은 실제로는 숫자이다 . 이 숫자들은 0 에서 시작하는 일련번호이다 . 이 방식으로 셀들에 번호를 지정함으로써 메모리 셀에 순서를

부여한다 .

메모리 용어

RAM(Random Access Memory, 임의 접근 메모리 ): 임의의 순서로 셀들에 접근할 수 있는 메모리

DRAM (Dynamic RAM, 동적 메모리 ): 휘발성 (volatile) 메모리로 이루어진 RAM

SDRAM (Synchronous DRAM)

메모리 용량 측정 단위

Kilobyte: 210 바이트 = 1024 바이트

예 : 3 KB = 3 × 1024 바이트

Megabyte: 220 바이트 = 1,048,576 바이트

예 : 3 MB = 3 × 1,048,576 바이트

Gigabyte: 230 바이트 = 1,073,741,824 바이트

예 : 3 GB = 3 × 1,073,741,824 바이트

대용량 저장장치

추가적 장비 : 자기 디스크 , 테이프 CD DVD

주기억장치 대비 장점 낮은 휘발성 큰 저장 용량 낮은 비용 많은 경우 탈착 가능

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– 플래쉬 드라이브– SSD(Solid-state disk)

자기 디스크 (Magnetic Disk) 저장장치

자기 테이프 저장장치

CD 저장장치

플래시 드라이브

플래시 메모리 – 아주 작은 SiO2 ( 실리콘다이옥사이드 ) 방에 전자를 가두는 회로

디스크의 회전 , 헤드의 이동 등과 같은 물리적 동작의

불필요

저장매체에 전기적 신호를 보내어 SiO2 방에 전자를 가두어

작은 전자회로의 특성을 변경

잦은 데이터 삭제는 매체를 점차 손상시킨다

장기간 데이터 신뢰성은 낮으며 휴대형 장비에 적합 : 디지털카메라 , 스마트폰

SD 카드는 수 GB 의 저장용량을 제공 1-23

파일

파일 : 대용량 저장장치에서의 데이터 저장 단위

필드 (field) 와 키 필드 (key field)

물리적 레코드 : 저장장치 특성에 맞추어진 데이터 블록 ( 자기디스크의 섹

터 )

논리적 레코드 : 정보의 특성에 따라 나누어지는 데이터 블록 ( 문서의 페이

지 )

필드 ( 키 필드 , 키 )

버퍼 (buffer): ( 대개 하나의 장치에서 다른 장치로 전송하는 과정에서 )

임시로 데이터를 보관하기 위해 사용되는 메모리 영역

1.4 비트패턴을 이용한 정보의 표현 : 텍스트

( 문자 , 구두점 등등의 ) 각 글자에는 고유한 비트 패턴이 할당된다 .

ASCII: 영문 텍스트에서 사용되는 대부분의 기호들을 표현하기 위한 7 비트

패턴

확장 ASCII : 8 비트 형식으로 ASCII 코드에 128 개의 추가 패턴 수용

Unicode: 세계 각국 언어에서 사용되는 주요 기호들을 표현하기 위한 패턴으로 ,

최대 21 비트까지 가능 . 세계 주요 언어를 위해서는 16 비트 패턴 사용 .

ISO 표준 : 세계 각국 언어에서 사용되는 대부분의 기호들을 표현하기 위한 32

비트 패턴 .

Ascii 코드표

숫자의 표현

2 진법 : 기수 2 로 숫자를 표현하기 위해 비트들을 사용함

컴퓨터에서 숫자 표현의 한계

오버플로우 (overflow) – 너무 큰 값을 표현하려 할 때 발생한다 . 3 비트의 최대정보량은 23 =8. 양수일 때 0~7 까지 표현 가

능 . 그러나 8 은 ? 저장할 수 없어 overflow 발생 .

절삭 (truncation) – 정확히 표현할 수 없는 값에 대해 발생한다 . 소수 , 분수 … .

이미지의 표현

비트맵 (bit map) 기법

픽셀 (pixel): “picture element” 의 줄임말

RGB 휘도 (luminance) 와 색도 차이 (chrominance)

벡터 기법

점 , 점과 점을 이어 선을 그려낸다 . 크기 변경이 자유롭다

TrueType 와 PostScript

소리의 표현

샘플링 기법

고품질 리코딩에 사용됨

실제 오디오를 기록함

MIDI 음향 신시사이저 (synthesizer) 에서 사용됨

“악보”를 기록함

연속 값 0, 1.5, 2.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 3.0, 0 등이 표현하는 소리 파동

1.5 이진 체계 (binary system) 전통적인 10 진 체계는 10 의 멱승에 기초하고 있다 .

2 진 체계는 2 의 멱승에 기초하고 있다 .

2 진법 표현에 의한 해석 : 100101

10 진수의 2 진수 표현을 위한 알고리즘

단계 1. 주어진 값을 2 로 나누고

나머지를 기록한다 .

단계 2. 단계 1 의 몫이 0 이 아니

면 , 이 몫을 2 로 나누고 그 나머지를

기록하는 작업을 계속한다 .

단계 3. 이제 몫은 0 이 되어있을

것이며 , 나머지들을 기록된 순서대로

오른쪽에서 왼쪽으로 나열하면 원래

값의 2 진법 표현을 얻는다 .

2 진 덧셈 법칙

소수의 2 진법 표현 101.101 의 해석

1.6 정수의 저장

2 의 보수 (Two’s complement) 표기법 : 가장 널리 사용되는 정수 표현 체계

초과 (excess) 표기법 : 또 다른 정수 표현 체계

두 표기법 모두에서 오버플로우 오류 문제가 발생할 수

있다 .

2 의 보수 표기 체계

4 개의 비트를 사용하여 -6 을 2 의 보수로 인코딩하기

2 의 보수로 변환된 덧셈 문제

초과 표기법

소수의 표현

부동소수점 (floating-point) 표기법 : 부호 비트 , 유효 숫자 필드 (Mantissa), 지수 필드 (Exponent) 로

이루어진다 . 관련 토픽

정규형 (normalized form) 절삭 오차 (truncation error)

예 ) 8 bit 형식에서

8 비트 형식에서 2 5/8 값의 인코딩

2 ½ ?

Floating Point Precisions

더 깊은 내용이 궁금한 학생들은 실수의 표현 방법 참고하기

http://home.konkuk.ac.kr/~cris/Class/2011/sp/lec/class04-float.pptx

데이터와 프로그래밍

프로그래밍 언어란 사람들이 고급 수준의 추상화를 이용하여 알고리즘을 정확히 표현할 수 있도록 만들어진 컴퓨터 시스템이다 .

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데이터의 압축

손실 압축과 무손실 압축

RLE(Run-Length Encoding) 빈도 종속 인코딩 (Huffman 코드 ) 상대적 인코딩 (relative encoding)/

차등 인코딩 (differential encoding) 사전 (dictionary) 인코딩 (LZW 인코딩 같은 동적 /

적응적 사전 인코딩 포함 )

이미지 및 오디오 , 비디오의 압축

GIF: 만화에 유리

JPEG: 사진에 유리

TIFF: 이미지 보관에 유리

MPEG 고화질 TV 방송

화상 회의

MP3 시간적 차폐

주파수 차폐

저장공간의 절약 또는 빠른 전송

bps / Kbps / Mbps / Gbps 등

통신 오류

패리티 비트 (짝수 패리티와 홀수 패리티 ) 일반적 주기억장치 9bit 패턴의 저장

검사 바이트 : checksum / CRC 오류 정정 코드

문자 A 와 F 에 대해 홀수 패리티로 조정된 아스키 코드

010100 디코딩 하기

거리 =difference

과제 #

단원 복습문제 : 아래 9 문제

2 7 9 11 12 20 32 33 34