컴퓨터 시스템으로의 여행

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1.1 정보는 비트와 컨텍스트로 이루어진다.

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#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("hello, world\n");
    return 0;
}

hello 프로그램은 프로그래머가 에디터로 작성한 소스 프로그램(또는 소스파일)으로 생명을 시작하며, hello.c라는 텍스트 파일로 저장됨.

소스 프로그램이란?

• 0 또는 1로 표시되는 비트들의 연속이며, 바이트(8bit = 1byte) 단위로 구성됨.
• 각 바이트는 프로그램의 텍스트 문자를 나타냄.
• 대부분의 컴퓨터 시스템은 아스키(ASCII) 표준을 사용하여 텍스트 문자를 표시함.

아스키(ASCII) 표준이란?

• 각 문자를 바이트 길이의 정수 값으로 나타내는 표준.
• 예를 들어 #include <stdio.h>에서 첫 번째 바이트 35는 # 문자에 대응, 두 번째 바이트 105는 i 문자에 대응됨.
• 각 텍스트 라인의 끝에는 개행문자(\n) 등이 포함되어 있음.

텍스트 파일 vs 바이너리 파일

• hello.c와 같이 아스키 문자로 이루어진 파일 → 텍스트 파일
• 실행파일, 이미지, 동영상 등 바이너리 데이터로 저장 → 바이너리 파일

💡 프로그램들이 서로 다른 객체를 구분하는 방법?

👉 컨텍스트(Context) 를 통해 구분함!

컨텍스트(Context)란?

바이트들의 의미를 결정하는 환경

• 같은 데이터를 바라보는 방식(환경)에 따라 해석이 달라짐

예제 1: 숫자 1234의 다양한 해석

컨텍스트	해석 방식	결과
정수(int)	그냥 숫자로 보기	1234
문자열(str)	문자로 보기	"1234"
16진수(hex)	다른 진법으로 보기	0x4D2
네트워크 데이터	전송 데이터로 보기	다르게 저장됨
메모리 명령어	CPU가 실행할 코드로 보기	특정 연산 수행

예제 2: 메모리 속 데이터 해석

메모리에 저장된 바이트를 다르게 해석할 수 있음.

01000001 (A)  01000010 (B)  01000011 (C)  01000100 (D)

컨텍스트	해석 결과
문자(char)	"ABCD"
정수(int)	1094861636
명령어(CPU instruction)	특정 연산 수행

📌 결론

• 컨텍스트(Context)는 데이터를 해석하는 방식(환경)이다!
• 같은 데이터라도 컨텍스트에 따라 다르게 해석될 수 있다!
• 정확한 컨텍스트를 이해하지 못하면, 데이터가 엉뚱하게 해석될 수 있다!

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1.2 프로그램은 다른 프로그램에 의해 다른 형태로 변형된다

hello 프로그램은 인간이 이해할 수 있는 고급언어로 작성됨.

💡 컴퓨터는 인간의 언어(고급언어)를 이해하지 못함!

👉 따라서 컴퓨터가 이해할 수 있는 "기계어(0과 1)"로 번역해야 함

인스트럭션(Instruction)이란?

CPU(중앙처리장치)가 수행하는 명령어

➡ 이 명령어들이 모여 CPU가 수행할 작업을 결정!
➡ 실행가능 목적 프로그램 형태로 합쳐져서 바이너리 디스크 파일로 저장됨!

컴파일 과정 (소스파일 → 실행파일 변환)

linux> gcc -o hello hello.c

📌 gcc 컴파일러 드라이버는 소스파일 hello.c를 실행파일 hello로 변환하며, 4단계를 거쳐 실행됨.

컴파일 시스템

1. 전처리 단계 (Preprocessing) - cpp

• #include 같은 디렉티브를 처리하여 코드 변형.
• 결과물: hello.i (수정된 C 코드)

2. 컴파일 단계 (Compilation) - cc1

• C 코드 → 어셈블리어 변환
• 결과물: hello.s (어셈블리 코드)

main:
    subq    $8, %rsp
    movl    $.LCO, %edi
    call    puts
    movl    $0, %eax
    addq    $8, %rsp
    ret

3. 어셈블 단계 (Assembly) - as

• 어셈블리어 → 기계어 변환
• 결과물: hello.o (목적 파일, 실행 불가)

4. 링크 단계 (Linking) - ld

• 표준 라이브러리와 연결 (ex: printf.o + hello.o)
• 결과물: hello (실행 파일)

📌 최종 요약

단계	역할	결과물
전처리 (cpp)	#include 처리, 코드 변형	hello.i
컴파일 (cc1)	C 코드 → 어셈블리어 변환	hello.s
어셈블 (as)	어셈블리어 → 기계어 변환	hello.o
링크 (ld)	목적파일 + 라이브러리 연결	hello (실행파일)

🚀 즉, gcc hello.c는 위 과정을 거쳐 "소스 코드 → 실행 파일"로 변환하는 과정임!