[1일 1로그 100일 완성 IT지식] 1부 하드웨어 #0719

 

---

📚 1부 하드웨어 - 007 (연속과 불연속)

✅  컴퓨터가 정보를 표현하는 방식

 

1. 컴퓨터는 디지털 처리 장치

- 불연속적인 덩어리로 입력, 불연속적인 값을 갖는 정보를 저장, 처리함.

- 디지털 정보는 기본적으로 수에 불과!

( VS 아날로그 정보 - 연속적으로 변하는 값)

 

2. 컴퓨터는 정보를 비트(bit)로 표현함

- 비트 : 이진 숫자 (0 or 1)

- 컴퓨터 내부의 모든 것은 사람들에게 익숙한 십진수가 아닌 bit로 표현됨

 

3. 비트는 모여서 더 큰 정보를 표현

- 숫자, 문자, 단어, 이름, 소리, 사진, 영화

- 이러한 정보를 처리하는 프로그램을 구성하는 명령어까지 모두 비트가 모여 표현

 

 

✅ 아날로그와 디지털

1. 아날로그(analog)

: '유사하다' 라는 뜻의 'analogous'와 어원이같음.

- 연속적으로 변하는 값

ex) 자동차 핸들 : 원하는 방향만큼 핸들을 돌리면 됨.

(19도를 돌리고 싶으면 19도 만큼, 150도를 돌리고 싶으면 그만큼, 159.89324도 회전도 가능!) == 연속적임

 

2. 디지털 시스템

- 불연속적인 값을 다룸 (가능한 값의 수가 정해져 있음.)

ex) 방향 지시등 : 왼쪽 깜빡이 or 오른쪽 깜빡이

(꺼져있거나, 켜져있거나 둘 중 하나만 가능함.)

 

💥 아날로그 VS 디지털 💥

1. 시계
- 아날로그 : 시침, 분침에 의해 연속적으로 움직이며 가능한 모든 위치를 거쳐 감.
- 디지털 : 매초 디스플레이가 바뀌고, 매분 새로운 분 값이 나타남. (소수점이 포함된 초 값은 X)

2. 자동차 속도계
- 아날로그 : 차의 속도에 정비례하여 바늘이 연속적으로 위아래로 움직임.
- 디지털 : 65km ➡ 66km로 바뀜. (65.5는? 65.3423는? 표시하지 X)

3. 온도계
- 아날로그 : 온도 변화에 정비례하여 팽창 or 수축
- 디지털 : 19도, 20도 .... (19.5도와 20.5도 사이의 온도는 모두 20도로 표시됨.)

 

그럼에도 디지털 방식을 사용하는 이유는?
 

 

1. 컴퓨터 입장에서 디지털 데이터가 다루기 쉬움.

- 디지털 데이터는 기존 출처와 무관하게 다양한 방식으로 저장, 전송, 처리될 수 있음.

- 불필요하거나 중요하지 않은 정보를 버리는 방식으로 압축 가능 ➡ 네트워크를 통한 전송에 효과적

 

2. 보안과 개인정보 보호를 위해 암호화 가능

 

3. 다른 데이터와 병합 복사, 이동, 저장이 자유로움

- 이러한 처리는 대부분의 아날로그 방식에서는 불가능함!

 

4. 아날로그의 장점을 훨씬 쉽게 확장할 수 있음.

- 디지털 시계의 스톱워치에서 아날로그의 초 단위를 넘어서 1/100초 단위까지 표시하는 것은 어려운 일이 아님!

(아날로그에서는 굉장히 힘들다!)

---

📚 1부 하드웨어 - 008 (아날로그 정보를 디지털로 바꾸기)

✅ 이미지 디지털화하기

1. 아날로그 카메라

- 화학 물질을 입힌 플라스틱 필름에 있는 감광 영역을 피사체에서 오는 빛을 노출하여 영상을 만듦

- 영역마다 서로 다른 색의 빛을 각기 다른 양으로 받아들이고, 받아들인 빛은 피름 내 염료에 영향을 미침.

- 필름은 복잡한 화학 처리 단계를 거쳐 종이 위에 현상되고 인화됨. (색상은 착색 염료의 양에 따라 다르게 표시)

 

2. 디지털 카메라

- 렌즈가 적색, 녹색, 청색 필터 뒤에 놓인 미세한 광검출 소자의 직사각형 배열에 영상의 초점을 맞춤.

- 각 검출 소자에 들어오는 빛의 양에 비례하는 양으로 전하를 저장

- 저장된 전하는 수치로 변환

- 사진의 디지털 표현 = 이렇게 계산된 빛의 강도를 나타내는 수의 배열!

   (검출 소자가 더 많고, 더 정밀하게 측정될수록 피사체 원형을 정확하게 담아냄!)

 

- 센서 배열의 요소 (적색 / 녹색 / 청색) 빛의 양을 측정하는 세 개의 검출 소자
- 각 요소는 '화소' 라는 뜻에서 픽셀(pixel)이라고 함.
- 픽셀에 해당하는 수준에 따라 밝기 수준이 정해짐.

 

 

✅ 음향 디지털화하기

소리란 무엇일까?

소리의 근원인 음원에서 발생한 진동이 공기에 압력 변화를 일으킴

➡ 파동의 형태로 전파되어 고막을 진동시키면 신경 활동으로 변환

➡ 이를 뇌에서 소리로 받아들임.

 

1. 축음기

: 1870년대 토머스 에디슨이 발명한 장치

- 기압 변동을 왁스 실린더에 있는 가느다란 홈의 패턴으로 변환

➡ 이 패턴을 이용해서 기압 변동을 재현

 

- 녹음 : 소리를 홈의 패턴으로 변환하는 과정

- 재생 : 패턴을 기압 변동으로 변환하는 과정

 

2. LP 레코드

: 축음기 이후 녹음 기술의 발전으로 장시간 연주가 가능한 LP가 탄생

- 시간에 따른 음압의 변화를 패턴으로 새긴 나선형의 홈이 있는 비닐 원판

 

1) 소리가 만들어질 대 마이크가 음압의 변화 측정

➡ 측정값은 나선형 홈에 패턴을 만드는 데 사용

2) LP가 재생될 때, 가는 바늘이 홈의 패턴을 따라감.

➡ 그 움직임은 값이 변동하는 전류로 변환됨.

➡ 전류는 증폭되어 스피커나 이어폰처럼 표면을 진동시켜 소리를 만들어내는 장치를 구동하는데 이용됨.

 

3. 소리의 파형

마이크에서 측정한 기압을 일정한 시간 간격으로 측정한다고 가정

➡ 측정 값은 모아두면 곡선의 값에 가까운 일련의 수치가 됨

➡ 더 자주, 더 정밀하게 측정할수록 근사치는 정확해짐!

➡ 이렇게 얻은 일련의 수가 파형의 '디지털 표현'

 

4. 소리의 디지털 표현

- 저장, 복사, 조작, 전송 가능

- 일련의 수를 해당 수치에 맞는 전압, 전류 패턴으로 변환

- 스피커, 이어폰 등을 구동

- 다시 소리로 표현하는 장치로 음악 재생 가능

파형 ➡ 수로 변환하는 과정 = 아날로그 ➡ 디지털로의 변환 과정
변환 과정을 수행하는 장치 
1) 아날로그 ➡ 디지털 : A/D 변환기
2) 디지털 ➡ 아날로그 : D/A 변환기

변환은 절대 완벽하지 ❌❌

➡ 각 방향으로 변환될 때 일부 정보를 잃게 됨. (이 때문에 LP를 선호하는 사람이 있음)

 

 

✅ 영화 디지털화하기

 

1. 일련의 정지 영상을 차례로 빠르게 연속해서 보여 줌으로써, 사물이 움직이는 것 같은 효과를 냄.

- 영화 : 초당 24프레임
➡ 과거에는 초당 12프레임만 사용하여 눈에 띌 정도에 깜빡거림 (flicker)이 있었음
➡ 넷플릭스는 영화를 뜻하는 오래된 단어인 'flicks'에서 유래된 것
- TV : 초당 25 / 30 프레임
- 비디오 게임 : 초당 60프레임

 

2. 영화의 디지털 표현

: 음향 + 영상 요소를 결합, 동기화

- MPEG(Moving Picture Experts Group) : 저장에 필요한 용량을 줄이는 압축 기술 (표준 동영상 표현 기술) 

- 처리해야 하는 정보량이 방대하여 오디오보다 복잡함.

 

 

✅ 텍스트 디지털화하기

텍스트는 추가적인 변환 과정 없이 디지털로 어떻게 표현할지 합의하면 되기 때문에 디지털 변환이 쉬움!

1. 아스키코드 (ASCII)

- A = 65 / a = 97 등의 고유의 번호를 부여하여 사용함

 

2. 유니코드 (Unicode) : 문자 집합 표준

- 모든 언어에 있는 모든 문자에 고유한 숫자 값을 지정함.

- 현재 약 14만 개 넘는 문자가 있고, 꾸준히 증가 중

 

결론!
디지털 표현은 모든 종류의 정보와 더불어 숫자 값으로 변환될 수 있는 어떤 것이든 나타낼 수 있음!
숫자에 불과하므로 디지털 컴퓨터로 처리 가능
+ 인터넷을 통해 다른 어떤 컴퓨터로도 복사 가능