💻 정보의 표현과 컴퓨터의 설계

컴퓨터는 0과 1로 이루어진 이진수 세계에서 살아간다.
우리가 사용하는 숫자, 문자, 이미지, 동영상 등 모든 정보는 결국 디지털 형태로 표현되고
컴퓨터는 이를 처리하기 위해 치밀한 설계를 바탕으로 동작한다.

오늘은 컴퓨터가 정보를 어떻게 표현하고, 어떻게 연산을 수행하며,
어떤 구조로 설계되어 있는지 작성했다.

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🧮 디지털 정보의 표현

모든 디지털 정보는 비트(bit) 단위로 표현된다.
비트는 0 또는 1의 값을 가지며, 여러 비트를 조합하면 복잡한 정보도 표현 가능하다.

• 문자: ASCII 또는 유니코드로 인코딩
  예: 'A' → 65 → 01000001
• 이미지: 픽셀 단위의 RGB 값 조합
• 소리: 아날로그 음파를 디지털 샘플로 변환 (샘플링)

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🔢 이진수로 표현한 정수와 실수

정수 표현

• 부호 없는 정수: 단순한 이진수 변환
  예: 13 → 00001101 (8비트)
• 부호 있는 정수: 대부분 2의 보수(Two's complement) 방식 사용
  예: -5 → 11111011 (8비트)

실수 표현

컴퓨터는 부동소수점(Floating Point) 형식을 사용해 실수를 표현한다. 대표적인 표준은 IEEE 754.

• 32비트 float 구조
  • 부호(1비트), 지수(8비트), 가수(23비트)
• 예: 3.14 → 01000000010010001111010111000011

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⚙️ 컴퓨터 연산 하드웨어

컴퓨터는 단순한 계산부터 복잡한 논리 연산까지 다양한 작업을 하드웨어 수준에서 처리한다.

산술 논리 연산 장치(ALU)

• 덧셈, 뺄셈, AND, OR 등의 기본 연산 수행
• CPU 내부 구성 요소 중 핵심

레지스터와 버스

• 레지스터: CPU 내부의 고속 기억 장치
• 버스: CPU와 메모리 간 데이터 전달 통로

클럭과 제어 유닛

• 클럭(Clock): CPU 동작 속도를 결정
• 제어 유닛(Control Unit): 명령 해석 및 실행 제어

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🧠 튜링 기계와 폰 노이만 컴퓨터

튜링 기계

• 알고리즘 모델의 이론적 기초
• 무한한 테이프와 헤드로 동작
• 모든 계산 가능한 문제는 튜링 기계로 해결 가능

폰 노이만 구조

현대 컴퓨터의 기본 설계 방식으로, 다음과 같은 특징이 있다:

• 프로그램과 데이터를 같은 메모리에 저장
• 입력 → 처리(CPU) → 출력 흐름
• 명령어 기반의 직렬 실행 방식

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🧠 TIL

• 우리가 사용하는 모든 정보는 결국 0과 1로 표현된다.
• 정수와 실수 표현의 방식에 따라 오차나 한계가 발생한다.
• 하드웨어 구조를 이해하면 소프트웨어 동작의 본질에 더 가까워질 수 있다.