Algo-Helper; (09) 바이너리로 문자를 어떻게 표현할까?

[문교식]

(09) 바이너리로 문자를 어떻게 표현할까? 

생각해 보기;

[1] 영어 문자와 아라비아 숫자, 문장부호를 표현하기 위하여
   미국에서 1963년에 만들어져서 컴퓨터와 통신의 표준코드로 사용되고 있는
   이 코드의 명칭은 무엇인가?

[2] 이 코드는 문자 한자를 표현하기 위하여 몇 비트를 사용하는가?

[3] 이 코드가 사용되고 있는 에디터(editor)의 예를 하나만 드시오.

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문자는 사람의 생각을 나타내는 중요한 도구이다.
문장은 단어로 이루어져있고, 단어는 알파벳으로 이루어져있다.
영어의 알파벳은 모두 26자이다 (A, B, C, ..., Z). 
 
바이너리로 영어의 알파벳을 표현할 수 없을까?
바이너리는 0과 1을 말하므로,
0과 1의 조합을 만들고, 각 알파벳을 그 조합과

일대일로 짝지을 수 있다면(즉, 일대일 대응),
각 알파벳을 바이너리의 조합으로 구분할 수가 있다.

예를 들면, 1000001을 'A', 1000010을 'B', 1000011을 'C', ...라 할 수 있다.
이렇게 구분해 놓은 바이너리의 조합을 컴퓨터 안에서 문자로 사용하고,
출력때에 구분해서 해당 문자를 출력한다.
 

예를 들어, 키보드에서 'A'를 입력하면,
1000001라는 바이너리로 바뀌어서 컴퓨터 안으로 들어간다.

1000001는 프린터에서 'A'를 출력한다.
 
이와 같이, 문자를 입력하면,

바이너리의 조합으로 바뀌어서 컴퓨터 안에 들어가고,
컴퓨터 안에서 바이너리의 조합으로 돌아 다니다가,
출력하면 다시 문자로 바뀌어 사람에게 보여지는 것이다.

(그런데, 이런 바이너리 수를 문자로 모니터나 프린터에 출력하는 기술은

 전자공학 분야에 속한다)

그렇다면, 문자를 조합하려면 몇 개의 바이너리가 필요할까?
0 또는 1을 담는 저장공간의 단위를 비트(bit)라 한다.
따라서 한 비트는 0또는 1을 저장할 수 있다.
 

만약 표현하려는 문자가 두개라면, 0과 1 두 기호만 필요할 것이다.

한 개의 비트가 필요하다.
문자가 네개라면, 00, 01, 10, 11과 같이 네 개의 조합이 필요하다.
즉, 네 개의 문자를 저장하려면 2 비트가 필요하다.
문자가 7개라면, 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110과 같이 7개의 조합이 필요하다.
즉, 7개의 문자를 저장하려면 3 비트가 필요하다.
 

이와 같이 비트의 수와 문자의 수는 밀접한 관계가 있다.

  1) 두 비트일 때;  모두 4가지의 바이너리 조합이 나온다

   00  01  10  11

  2) 세 비트일 때;  모두 8가지의 바이너리 조합이 나온다.

                       (왼쪽 첫 비트가 '0'인 경우와 '1'인 경우가 있고,

                        각 경우에 4개의 조합이 있다)

000  001  010  011

100  101  110  111

  3) 네 비트일 때;  모두 16가지의 바이너리 조합이 나온다.

                       (왼쪽 첫 비트가 '0'인 경우와 '1'인 경우가 있고,

                        각 경우에 8개의 조합이 있다)

    0000  0001  0010  0011 0100  0101  0110  0111

    1000  1001  1010  1011 1100  1101  1110  1111

   
비트가 하나 증가할 때마다 문자의 수는 두배로 증가한다.

    2비트 -- 4가지 조합; 2×2 가지

    3비트 -- 8가지 조합; 2×2×2 가지

    4비트 -- 16가지 조합; 2×2×2×2 가지

    5비트 -- 32가지 조합; 2×2×2×2×2 가지

    6비트 -- 64가지 조합; 2×2×2×2×2×2 가지

    7비트 -- 128가지 조합 ; 2×2×2×2×2×2×2 가지

각 바이너리의 조합을 하나의 문자로 일대일로 짝지을 수 있다면(즉, 일대일 대응),

7비트로는 모두 128개의 문자를 지정할 수 있다.

바이너리로 영문을 표현하는 경우를 생각해 보자.
영어 문자를 이루는 영문 알파벳, 숫자, 문장부호 등을 모두 표현하려면 몇 비트가 필요할까?
문자와 비트들의 조합의 일대일 대응을 코드(문자 코드, character code)라 하는데
현재 많은 종류의 코드가 사용되고 있다.
그 중 아스키(ASCII,American Standard Code for Information Interchange,1963년) 코드는

영문을 표현하기 위한 코드로 현재의 컴퓨터에서 기본적으로 많이 사용되고 있다.
한 문자를 표현하기 위하여 7비트를 사용하는 아스키 코드는
모두 128개의 문자를 표현할 수 있다.

(128자로 일상에서 쓰는 문자를 표현할 수 있다)
아래의 표는 아스키 코드의 일부를 보여준다.

<아스키(ASCII) 코드의 일부분>

문자	아스키 코드	문자	아스키 코드	문자	아스키 코드	문자	아스키 코드
A	1000001	B	1000010	C	1000011	D	1000100
E	1000101	F	1000110	G	1000111	H	1001000
I	1001001	J	1001010	K	1001011	L	1001100
M	1001101	N	1001110	O	1001111	P	1010000
Q	1010001	R	1010010	S	1010011	T	1010100
U	1010101	V	1010110	W	1010111	X	1011000
Y	1011001	Z	1011010	0	0110000	1	0110001
2	0110010	3	0110011	4	0110100	5	0110101
6	0110110	7	0110111	8	0111000	9	0111001
공백	0100000	.	0101110	(	0101000	+	0101011
………	………	………	………	………	………	………	………

[Q] 아래의 아스키 코드는 무슨 글자일까?

1001011

1001111

1010010

1000101

1000001

아스키 코드는 글자 한자를 표현하기 위해 일곱 비트를 사용한다.

여기에 통신비트를 하나 추가하여 문자 한 자를 표현하기 위하여 8비트를 사용한다.

통신비트는 통신할 때 생길 수 있는 오류를 검출/정정하기 위한 비트이다.

영어 문자 한 자를 표현하는데 필요한 8비트를 바이트(byte)라 한다.
 

컴퓨터의 메모리는 바이트 단위로 읽고 저장한다.

이러한 이유로 메모리 또는 저장장치의 용량을 바이트 단위로 표현한다.

예를 들면, 1KB(Kilo Byte)는 영문자 1000자를 저장하는 공간이다.

1MB(Mega Byte)는 영문자 1백만자를 저장하는 공간이다.

1GB(Giga Byte)는 영문자 십억자를 저장하는 공간이다.

1TB(Tera Byte)는 영문자 1조자를 저장하는 공간이다.

(참고; Peta, Exa, Zeta, Yota)

이런식으로 컴퓨터 내부에서는 바이너리의 조합으로 영문자, 숫자, 기호를 표현하고 있다.

영문처럼 한글도 한글의 코딩 규칙에 의해 한글을 컴퓨터 안에서 표현한다.

 

【연습문제】ASCII 코드로 HOPE를 표현하자.

【연습문제】ASCII 코드는 영문자를 표현하는 코드인데, 

                 통신비트 한 비트를 포함하여 한 글자를 표현하기 위해 몇 비트를 사용하는가?

【연습문제】100만 바이트는 몇 비트일까?

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