📗 한 권으로 읽는 컴퓨터 구조와 프로그래밍

📘 책 제목: 한 권으로 읽는 컴퓨터 구조와 프로그래밍
🧑‍💻 책 저자: 조너선 스타인하트
📄 페이지: 612p (하루에 약 10p정도씩 읽기)
📆 읽고 있는 기간: 2022.05.25 ~ing

본격적으로 컴퓨터에 대한, IT 지식을 쌓기 위해서 매일 조금씩이라도 읽으려고 도서관에서 빌려왔다. 기록 안 하면 금방 까먹으니까 기록하면서 읽자 ➿

✍🏻 [2022.05.25.Wed]

➿ 좋은 프로그래머는 좋은 비판적 사고와 분석 기술을 지녀야 한다. 복잡한 문제를 해결하기 위해 프로그래머는 프로그램이 올바른 문제를 제대로 해결하는지 판단할 능력을 갖춰야 한다.
➿ 좋은 프로그래머란 작동할 뿐만 아니라 다른 사람들이 이해하고 유지보수하기 쉬운 코드를 작성한다.
➿ 좋은 프로그래머는 컴퓨터 작동을 잘 이해해야 한다. 기반 지식이 얕으면 복잡한 문제를 잘 풀 수 없다. 이 책은 프로그래밍을 배우고 있지만 깊이 부족으로 인해 불만족스러워 하는 사람을 위한 책이다. 그리고 이미 프로그래밍을 배웠지만 프로그래밍과 컴퓨터에 대해 더 잘 알고 싶어 하는 사람을 위한 책이기도 하다.

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✅ 1장. 컴퓨터 내부의 언어 체계

🔗 비트

• binary(2진법 사용; 0,1) + digit(숫자; 10진수: 0~9)
• 비트를 사용하면 적은 비용으로 편리하게 기호를 담을 수 있다
• 비트는 2진법 사용

논리 연산(logic operation)
: 다른 비트들이 표현하는 내용으로부터 새로운 비트를 만들어내는 동작

🔗 불리언 대수(Boolean algebra)

비트에 대해 사용할 수 있는 연산 규칙의 집합

• NOT: 논리적 반대 / 단지 입력의 상태를 반대로 반전
• AND: 둘 이상의 비트에 작용 / 모두 참이어야 참
• OR: 둘 이상의 비트에 작용 / 어느 하나라도 참이면 참
• XOR(eXclusive OR): 첫 번째 비트와 두 번째 비트가 다른 값인 경우에만 참

🔗 드모르간의 법칙

a AND b 연산 = NOT(NOT a OR NOT b)
⇒ NOT을 충분히 사용하면 AND 연산을 OR 연산으로 대신할 수 있다(역도 성립)
👍 연산을 최소화하여 비용을 최소화할 수 있음

🔗 정수를 비트로 표현하는 방법

1. 양의 정수 표현
   ex. 2진수로 표현한 5,028 → 13비트 수

   2^12	2^11	2^10	2^9	2^8	2^7	2^6	2^5	2^4	2^3	2^2	2^1	2^0
   1	0	0	1	1	1	0	1	0	0	1	0	0
   MSB												LSB

   ✋ MSB: Most Significant Bit
   ✋ LSB: Least Significant Bit

2. 2진수의 덧셈
   ex. 1 + 5

   [1]	0	0	1
   [5]	1	0	1
   [6]	1	1	0

   ✋ 1 + 1 → 2 (2진수에서 2는 존재하지않으므로 2를 2진수로 나타내면 10 → 즉 0을 표시하고 다음 자리 수에 1을 올려줌
   ✋ Overflow: 우리가 사용할 비트의 개수로 표현할 수 있는 범위를 벗어날 경우 발생 ⇒ MSB에서 올림 발생
   ✋ Underflow: MSB 위쪽에서 1을 빌려오는 경우

3. 음수 표현
   a. 부호와 크기(sign and magnitude) 표현법

   • MSB를 부호 표현 (0: 양수, 1: 음수 취급)
   • 만약 4비트라면 MSB를 부호 비트 취급을 하고 나면 0~7→ 8개 * 2(음수, 양수) → 16개 - 1(+0 = -0) = 총 15가지의 수 표현 가능
     ✋ 0을 표현하는 방법이 2가지(+0, -0)이므로 비용 낭비, XOR & AND 덧셈 계산 사용 불가 → 사용 X

   b. 1의 보수(one’s complement) 표현법

   • 양수의 모든 비트를 뒤집는 방법

   • MSB 쪽에서 올림이 발생한 경우 LSB로 올림 전달
     ⇒ 순환 올림(end-around carry) 필요

     

     ✋ 0을 표현하는 방법이 2가지(+0, -0)이므로 비용 낭비, 순환 올림 방법 복잡 → 사용 X

   c. 2의 보수(two’s complement) 표현법

   • 부호가 있는 정수를 표현할 때 가장 널리 쓰이는 방법

   • 예를 들어 +1(0001)과 더해 0(0000)을 만들 수 있는 수인 -1의 2진법 수 찾기

     

     → 즉, -1을 2진법 1111로 표현
     ⇒ 어떤 수의 비트를 뒤집고(NOT) 1을 추가하면 어떤 수의 음수 표현 가능

     ✋ 이때 MSB에서 올림이 발생하면 이 값은 버림
     👍 0의 중복 표현이 일어나지 않음