2주차

김민지·2024년 5월 21일

Codeit Boost 스터디 | BE | Express

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프로그래머의 세계 이해하기

프로그래밍의 다양한 분야

CS의 기초: 객체지향프로그래밍, 알고리즘, 자료구조
폭포수 방식, 애자일 방식 등의 협업 방법들이 존재함
애자일 방식을 팀 전체가 쉽게 도입할 수 있도록, 스크럼이나 칸반 등의 실행 방식이 존재한다.
애자일 방식은 동작하는 프로그램을 만들어서 소통하기 때문에, 기획 단계에서 미처 생각하지 못한 문제점을 발견할 수 있다.
폭포수 모델은 각 단계를 완전히 마치고 다음 단계로 넘어가는 방식이다.
기능 변경이 많은 서비스의 경우, 기능 변경이 유연한 애자일 방식이 더 효율적인 경우가 많다.
버그 관리 툴(=이슈 트레킹 툴): Jira, Trello, Asana, Confluence
버전 관리 소프트웨어: Git
IDE: 개발자도구
디자인 협업툴 Sketch: https://www.sketch.com/
세로줄 동시에 선택, 변수명 동시 변경, 창 동시에 띄우기 등등
기타 툴, 기업들의 기술정보(스택) 참고 가능: https://stackshare.io/

기술 스택 선택하기

활발한 기술: 기술은 많은 사람들이 사용하고, 많은 사람들이 사용하면 커뮤니티가 활발해 지고, 좋은 토론과 자료들이 많이 만들어지므로 바람직하다.
인정받는 기술: 여러 회사들이 선택하거나 기업에서 직접 관리하는 기술은 주로 뛰어난 개발자들의 많은 고민과 상의 끝에 내려진 결정이므로 참고하면 좋음 ← StackShare
유망한 기술: 산업 트렌드가 바뀌면, 기술이나 경험의 활용도가 갑자기 커지거나 줄어들기도 하므로 개발자의 실력과 관계 없이 입지가 늘어날 수도, 줄어들 수도 있음

소프트웨어 이해하기

애플리케이션

사용자(엔드유저)가 직접 사용하는 프로그램으로, 줄여서 앱이라고 부르며, 일반적으로 스마트폰에 설치하는 프로그램으로 알고 있지만 사실 컴퓨터나 노트북에서 우리가 사용하는 프로그램들도 모두 포함된다고 할 수 있다.
프로그래밍 코드를 애플리케이션으로 만들어 주는 소프트웨어 → 컴파일러와 인터프리터

컴파일러

High level language → compiler → machine code
단점: 코드를 수정하고 잘 실행되는지 run할 때마다 컴파일러를 돌려야 하기 때문에 시간이 많이 소요된다.
장점: 실행속도는 더 빠르다
첫번째 컴파일러의 개발? 어셈블리어를 사용해서 작성됨

print("Hello")

어셈블리어

        extern printf
        section .data
msg:    db "Hello", 0
fmt:    db "%s", 10, 0
        section .text
        global main
main:
        push    rbp
        mov     rdi,fmt
        mov     rsi,msg
        mov     rax,0
        call    printf
        pop rbp
        mov rax,0
        ret

0010011010011001
1101010011100101
1100010101001010
0100101101010010
1101011000101100

인터프리터

한 줄씩 즉시 실행해주는, 코드 번역기보다는 코드 실행기에 가까움
장점: high level language로 코드를 전달하는데 코드는 low level에 가까워질수록 길어지므로 프로그램 용량이 비교적 작고 전달속도 또한 비교적 빠름
단점: 프로그램의 코드가 그대로 전달되어 유출 위험이 있음

운영 체제(OS: Operating System) 개요

종류: window10, Mac OS, Linux, Android, iOS
윈도우, 안드로이드는 설정을 쉽게 바꿀 수 있는 대신 보안에 취약
임베디드 운영체제: 가전제품, 비행기 등등 다양한 분야에서 사용됨
용도: 데스크톱/랩톱 용도, 모바일 용도, 서버 용도와 임베디드 용도
특징

기계의 전원을 켜면 자동으로 실행됨
실시간 운영 체제(RTOS: Real-time operating system)에서는 속도보다는 안정성이 중요함

역할

입출력 관리: 마우스, 키보드의 입력, 화면의 출력을 매끄럽게 연결
애플리케이션과 입출력 기기 사이에서 운영체제가 기기의 제조사, 연결방식등을 조사해서 고려한 후 둘을 연결해줌
저장과 불러오기 - 컴퓨터 저장장치의 종류
(1) 컴퓨터의 전원이 켜져있는 동안만 유지되는 장치 (휘발성): 저장용량이 제한적이기 때문에 휘발성 정보도 필요함(램) vs 비휘발성(하드디스크)
(2) 읽고 쓰는 속도의 차이: 빠른 저장장치는 작은 용량으로, 느린 저장장치는 큰 용량으로 장착해두고 운영체제의 판단에 따라 데이터를 분리해 저장함 ← 빠른 저장장치는 비싸므로 무한정 사용하기는 어려움
(3) 데이터 수정 가능 불가능 여부: 컴퓨터 기본 세팅 등을 저장해두어서 수정이 불가한 메모리를 ROM(Read-Only Memory)라고 부른다.
(4) 멀티테스킹 관리: 애플리케이션이 겹치지 않도록 관리함

UNIX: 대부분 C언어로 작성되었으며 다른 컴퓨터에서 수정해 적용이 쉬움. 최다인원이 투입된 프로젝트로 수많은 큰 기업들의 참여로 오늘날까지도 발전되어옴. 누구나 사용이 가능하며, 변형시 반드시 코드를 공개해야 함.
POSIX에 UNIX라면 갖춰야 할 규격과 기능이 정의되어있으며 이를 만족하면 UNIX로 인정받을 수 있음
GNU: UNIX의 코드와는 한 줄도 겹치지 않으나 POSIX를 만족하는 유닉스의 규격과 기능을 갖춘 프로그램 → Free Software에서 제작 (오픈소스)

플랫폼

플랫폼? 프로그래밍이 실행되는 하드웨어/소프트웨어 환경 (애플리케이션의 플랫폼은 운영체제이며, 운영체제의 플랫폼은 하드웨어임)
프로그래밍 다운로드시 win64bit 이런 식으로 버전을 나눠서 배포하는 이유 → 플랫폼 의존성
플랫폼 파편화 문제 → 해결책: 표준 설정, 크로스 플랫폼(가상머신, 웹)!
- 예: 이어폰이 처음 출시되었을 때, 특정 이어폰과 특정 휴대폰만 연결된다면 경우의 수가 지나치게 많아지므로 표준을 설정해야 함
- 개발자들이 가상의 컴퓨터를 사용해서 하나의 규격을 지정하듯 설정함(자바의 JVM)
- 웹에서는 ISO에 등록된 규격인 웹표준이 존재하며, 반응형 웹디자인으로 설계함 (한계: 브라우저 호완성)

네이티브 애플리케이션과 웹 애플리케이션

native application(휴대폰앱): 인터넷 연결이 반드시 필요하지는 않음. 그러나 설치가 반드시 필요함.
web application(웹페이지): 접근성이 비교적 좋음 (간단한 기능일수록 선호되는 방식)

웹의 활용

Single-page Application - 예시: facebook, gmail, googlemap
Hybrid Web Application: native app에서는 원래 광고 이미지를 교체하고 싶더라도 새로운 버전을 배포하고 사용자가 앱스토어에서 새 버전을 다운받는 과정이 필요했음. 그러나 새로운 광고 이미지를 위해 업데이트를 다운받는 사용자는 없을 것이므로 이들이 고안해낸 새로운 방식은 native app의 작은 부분에 구멍을 뚫어두고 그 부분에는 web url을 삽입해두는 것임. 이 방식을 통해 광고를 바로바로 update해서 제공할 수 있음.
Progressive Web Application (PWA): 설치 없이 실행 가능(주소 입력만으로 접근 가능), 실시간 업데이트, 인터넷 없이 실행 가능, OS 기능 사용 가능 등의 기능들을 대다수 만족하는 웹을 지칭하는 용어

컴퓨터 구조 이해하기

필요성

시스템 개발자: 시스템 소프트웨어 (하드웨어와 애플리케이션을 연결하는 역할)를 개발하는 역할이므로 컴퓨터의 구조를 알아야 함 - 연봉 높음 ㅎㅎ
애플리케이션 개발자: 오류 발생 시 본인 코드의 문제인지 실행환경의 문제인지 등을 구분하기 위해서 컴퓨터의 구조를 알아야 함
첫번째 노트 읽어보고 복붙해서 정리(CPU, RAM, harddisk)

이진법

모스부호, 점자, 손전등(점등/소등) 등 2가지 상태만으로 많은 내용을 표현하려는 시도는 늘 있어왔음
2가지 상태만으로는 표현이 쉽지 않지만 표현된 결과를 어떻게 해석할 것인지에 대한 ‘약속’이 있다면 가능함
2진법 표현
2진법 연산: 올림 개념

비트(bit), 바이트(byte)
비트(bit): binary digit의 약자로 데이터의 최소 단위 → 1001 = 4비트, 11001011 = 8비트
바이트(Byte): 바이트는 비트의 8배 → 1 Byte = 8 bit

논리연산

필요성: 휴대폰 화면을 켤 때 → 전원버튼 클릭 OR 화면 터치

회로설계(Cirucuit Design)

한자릿수 덧셈
여러 자릿수 덧셈

CPU(중앙처리장치)

하나의 칩(CPU)에 여러 기능 담는 방법: opcode(instruction 앞 6자리)사용
opcode의 값과 각 기능을 연결지어서 설계하기

→ 연산칩 = ALU
CPU의 opcode 자릿수는 6자리 정도임
CPU의 instruction들: 대부분 저장장치 관련 내용들임
저장장치 종류
- CPU 외부(하드디스크, RAM)
- CPU 내부
레지스터: 용량이 작은 대신 속도가 가장 빠른 저장장치로, 컴퓨터의 성능을 좌우함. nbit-register로 저장공간이 n인 레지스터를 표현함
머신코드 실행하기(CPU의 instruction)
CPU 동작의 최소 단위는 Instruction

(예시) computer의 명령: 0010 메모리 주소에 있는 값을 레지스터 A에 저장해
RAM의 공간 분리
어셈블리 언어(symbolic machine code): 읽을 수 있는 머신코드

어셈블러를 활용해 변경함

컴퓨터의 성능

GHz: Hz는 1초에 몇 번을 반복하는지를 의미하고 G는 10억을 의미하므로 3.6GHz는 1초에 36억번을 반복한다는 의미임
Cycle: 각 명령어마다 다름
→ MIPS 시스템에서는 LOAD 명령어에 5cycle이 소요되므로 (3.6GHz / 5)번의 LOAD 연산이 가능함
Clock rate: 1초에 실행할 수 있는 사이클의 개수
CPI (Cycles per instruction): 한 Instruction이 평균적으로 몇 사이클만에 완료되는지
IPC (Instructions per cycle): CPI의 역수
IPS (Instructions per second): 하나의 클럭에 얼마나 많은 코드를 얼마나 소화할 수 있는지
멀티 코어 (Multi-Core)
듀얼 코어, 쿼드 코어, 헥사 코어, 옥타 코어 → CPU 개수가 2, 4, 6, 8개인 컴퓨터
Clock rate(speed)를 증가시키는데에는 한계가 있으므로 도입된 개념
이론상 듀얼 코어는 2배의 속도로 빨라져야 하겠지만, 프로그램이 실행될 때, 동시에 실행할 수 있는 것과 동시에 실행할 수 없는 작업들이 있으므로 2개의 코어 중 하나만 일하고 하나는 쉬는 시간도 발생해서 실제로는 50% 정도 더 향상됨
CPU의 성능 결정요소들:
클럭이 얼마나 빠르냐 (Clock Speed),
한 클럭에 얼마나 많은 일을 할 수 있느냐 (CPI, IPC, IPS),
몇 개의 코어가 있느냐 (멀티 코어)

프로그램 실행속도 높히기

Instruction의 개수 줄이기: 실행코드(머신코드)가 짧아지도록 만들자

언어(C처럼 기계어에 가까울수록 머신코드는 짧아짐), 알고리즘, 컴파일러에 따라 머신코드의 길이가 달라짐

Instruction의 실행속도 높히기

파이프라인: instruction들을 동시에 여러개 실행하기
예측: 다음에 사용될 데이터를 예측해서 cache 메모리에 저장해두기
make the common case faster
반도체의 집적도: 하나의 칩 안에 몇개의 회로를 넣을 수 있는가
집적도를 높히려면 연결선을 아주 얇게 만들어야 함. 그러나 14나노미터 정도의 수준에 이르자 발열, 자기장 등의 문제로 인해 현재 더 얇게 만드는 과정은 멈춤