연속과 불연속

컴퓨터가 정보를 표현하는 3가지 방식

1. 컴퓨터는 디지털 처리 장치이다
   • 컴퓨터는 불연속적인 덩어리로 입력 받고, 불연속적인 값을 갖는 정보를 저장하고 처리.
2. 컴퓨터는 모든 정보를 비트로 표현한다
   • 우리가 흔히 사용하는 십진수가 아닌 0,1로만 구성된 비트로 표현.
   • 비트는 이진수를 뜻하는 ‘Binary Digit’의 약자.
3. 비트는 모여서 더 큰 정보를 표현한다.
   • 비트는 모여서 더 큰 정보를 표현.
   • 숫자,문자,단어,이름 심지어 소리,사진,영화등 이러한 정보들을 처리하는 프로그램들을 구성하는 명령어까지 모두 비트가 모여 표현된다.

아날로그와 디지털

아날로그

아날로그(analog)는 사진과 같이analogous의 어원과 같다.
풀어 말하자면 '다른 어떤 것이 변함에 따라 연속적으로 변하는 값', 외부적인 원인에 의해 연속적으로 변하는 것들을 '연속된 물리량'으로 나타낸다라고 생각하면 된다. 즉 한 값이 변하면 비례하게 다른 한 값도 변한다고 생각하면 편하겠다.
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1. 수도꼭지
   • 꼭지를 돌리면 돌릴 수록 물이 나오는 양이 비례하게 점점 많아지고 적어진다.
2. 자동차 핸들
   • 핸들을 어느 한 방향으로 조금 돌리면 자동차의 회전이 핸들을 돌린 값에 비례하게 돌아간다.
3. 자동차 속도계
   • 속도는 연속적으로 변하기 때문에 바늘 또한 비례하게 위,아래로 움직인다.
4. 온도계
   • 액체는 온도에 변화에 정비례하기 때문에 수축과 팽창이 이루어진다. 온도의 변화에 따라 기둥의 높이가 변한다.

디지털

디지털이란 위에서도 말했듯이 불연속적인 값을 다루기 때문에 가능한 값의 수가 정해져 있다.
즉 아날로그와 다르게 어떠한 값이 조금 변하면 다른 값은 변하지 않거나 또는 기존의 값에서 다른 값으로 갑자기 변하게 된다. 쉽게 말해 연속적이지 않고, 뚝뚝 끊어져 있다는 말이다
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1. 디지털시계
   • 디지털 시계는 시간을 숫자로 표시함과 동시에 매초마다 디스플레이가 바뀌고, 매 분마다 분 값이 바귄다.
2. 자동차 속도계(디지털)
   • 68km로 달리면 68이 찍히고 70km로 달리면 70이 찍힌다. 값이 바로바로 바뀌게 되고, 68.5, 70.5 처럼 찍히지 않는다.

편한건 아날로그지만 사용은 디지털로?

이해하는 건 아날로그가 편하겠지만 현재 우리가 사는 세상의 기술들은 대부분 디지털로 되어있을 뿐더러, 컴퓨터는 디지털처리 장치이기 때문이다.

• 디지털 정보는 불필요하거나 중요하지 않은 정보를 버리는 방식으로 압축해 네트워크를 통해 전송할 때 효과적.
• 보안 및 개인정보보호를 위해 암호화 됨.
• 다른 데이터와 병합 및 복사.
• 인터넷을 이용해 어디로든 옮겨지고, 다양한 장치에 저장이 가능.
• 쉽게 확장이 가능하다.

이러한 이유들 때문에 아날로그 정보 보다는 디지털 정보를 사용한다. 아날로그 정보에는 적용하기 어렵거나 적용을 못한다.

아날로그 정보를 디지털로 바꾸기

1. 이미지 디지털화 하기
   • 아날로그 카메라 : 화학 물질을 입힌 플라스틱 필름에 있는 감광영역을 피사체에서 오는 빛에 노출하여 만들어 낸다. 영역마다 서로 다른 색의 빛을각기 다른 양으로 받아들이고, 받아들인 빛은 필름 내 염료에 영향을 미친다. 필름은 복잡한 화학 처리 단계를 거쳐 종이 위에 현상되고 인화된다. 색상은 착색 염료의 양에 따라 다르게 표시된다.
   • 디지털 카메라 : 렌즈가 rgb색인 필터 뒤에 놓인 미세한 광검출 소자의 직사각형 배열에 사진의 초점을 맞춘다. 각 검출 소자는 소자에 들어오는 빛의 양에 비례하는 양으로 전하(전하electric charge는 전자기장내에서 전기현상을 일으키는 주체적인 원인)를 저장한다. 저장된 전하는 수치로 변환이 된다. 이미지의 디지털 표현은 이렇게 계산되 빛의 강도에 나타내는 수를 배열한 것이다. 검출 소자가 더 많고, 전하가 더 정밀하게 측정되면 될 수록 사진은 피사체의 원형을 더 정확하게 담는다. 센서 배열에는 적색, 녹색, 청색빛의 양을 측정하는 3개의 검출소자로 구성이 되고 각 요소는 화소(picture element)라는 뜻으로 픽셀(pixel) 이라고 한다.
2. 음향 디지털화하기

• 레코드,카세트테이프와 다르게 디지털은 원하는 횟수만큼 어느 컴퓨터로도 복제가 가능하며 인터넷을 이용해 무료로, 오류없이 어디에든 사본을 전송할 수 있다.
• 소리란? 소리의 근원인 음원에서 발생한 진동이 공기에 압력 변화를 일으켜 파동의 형태로 전파되 고막을 진동시키면 신경 활동으로 변환이 된다. 우리의 뇌는 이것을 소리로 받아들인다.
• 최초의 장치 : 축음기 (토머스 에디슨) 축음기는 기압변동을 왁스 실린더(양초처럼 생긴 원기둥 모양의 밀랍)에 있는 홈의 패턴으로 변환해 이 패턴들을 이용해 기압변동을 재현할 수 있었다. 우리가 흔히 아는 녹음은 소리를 홈의 패턴으로 변환하는 과정이고, 재생은 패턴을 기압변동으로 변환하는 과정이다. 축음기를 발명한 이후에 LP(Long-Playing), 레코드로 진화했다.
• LP : LP는 시간에 따른 음압의 변화를 패턴으로 새긴 나선형의 홈이 있는 비닐 원판이다. 소리가 만들어질 때 마이크가 음압의 변화를 측정하고, 측정값을 나선형 홈에 패턴을 만드는데 사용된다. LP가 재생될 때, 가는 바늘이 홈의 패턴을 그리게되고 그 움직임은 값이 변동하는 전류로 변환된다. 이 전류는 증폭되어 스피커나 이어폰처럼 표면을 진동시켜 소리를 만들어 내는 장치를 구동하는데 이용.
• 소리의 파형 :
  음압 파장의 y축은 음의 강도나 세기, x축은 시간이다. 초당 지나가는 파동의 개수가 음의 높이 또는 주파수가 된다.
• 파형의 디지털 표현 : 소리의 파형을 일정한 시간 간격으로 측정한 후에 일련의 수치로(a) 만든다. 그 후 근사치로 값을 지정하고(b), 값을 2진수로 표현(c)하면 디지털 표현이라 한다. 이는 저장,복사,조작,전송이 가능하다.
• CD(Compact Disc) : 레코드의 아날로그 홈 대신 CD는 디스크의 한쪽 면에 있는 트객에 숫자들을 기록한다. 트랙을 따라 있는 각 점들은 표면이 팽팽하거나 미세하게 파여있다. 이 파여있거나 평평한 점들이 파장의 수치를 인코딩하는데 사용이된다.각 점은 단일 비트이고, 일련의 비트가 모여 2진 인코딩의 수치를 표현한다. 이렇게 수치가 표현된 디스크가 회전함에 따라 레이저가 트랙을 비추고 광전센서가 빛이 반사되는 양의 변화를 감지한다. 반사되는 빛의 많지 않으면 파인부분에 해당이되고 많다면 평평한 부분에 해당이 된다. 또한 복제된 CD에서는 시간에 따라 특성이 변할 가능성이 있는 감광 염료가 화학적 변화를 일으켜 영향을 줄 가능성이 있다.

3. 영화 디지털화하기

• 사진은 JPEG(Joint Photographic Experts Group)로 압축
• 영화의 디지털 표현은 음향과 영상 요소를 결합하고 동기화를 해준다. 표준 동영상 표현 기술인 MPEG(Moving Picture Experts Group)로 압축 할 수 있다.

  소리와 영상은 사람이 인지할 수 있는 것보다 많은 세부정보를 담고있기 때문에 압축할 수 있다.

4. 텍스트 디지털화하기

• 각 문자에 고유한 번호를 부여하는 방식으로 추가적인 변환 과정없이 디지털로 표현하는 것을 합의를 한다.

  A~Z : 65 ~ 90 / a~z : 97 ~ 122 / 0~9 : 48 ~ 57 = 아스키코드(미국에서 표준화한 표준법)
  

• 전세계적으로는 유니코드라는 단일 표준으로 수렴. 유니코드는 모든 언어에 있는 모든 문자에 고유한 숫가 값을 지정.

  언어와 상관없이 모든 문자를 16비트로 표현하므로 최대 65,536자까지 표현할 수 있다.
  유니코드 인코딩 방식으로는 UTF-7, UTF-8, UTF-16, UTF-32 인코딩 등이 있다.

이렇게 디지털 표현은 이 모든 종류의 정보와 더불어 숫자 값으로 변환될 수 있는 어떤 것이든 나타낼 수가 있다. 또한, 보편화된 디지털 네트워크인 인터넷을 통해 다른 어떤 컴퓨터로도 복사가 가능하다.