안녕하세요! 혹시 여러분의 방은 늘 깨끗하신가요? 옷이며 책이며 물건들이 제자리에 착착 정리되어 있다면 얼마나 찾기 쉽고 보기 좋을까요? 컴퓨터 속 세상도 마찬가지랍니다. 우리가 사용하는 수많은 정보들, 예를 들어 여러분이 지금 보고 계신 이 글자들, 사진, 동영상 같은 데이터들은 컴퓨터의 기억 장치, 바로 ‘메모리’라는 특별한 공간에 보관돼요. 그런데 이 메모리는 마치 우리 방의 서랍이나 옷장처럼 한정된 공간이라서, 물건들을 아무렇게나 넣어두면 나중에 찾기도 어렵고 금방 꽉 차버리겠죠?

여기, 컴퓨터 속 데이터를 아주 깔끔하고 효율적으로 정리하는 특별한 방법이 있답니다. 바로 오늘 이야기의 주인공, ‘변수’라는 개념이에요. 변수는 마치 우리 방의 ‘이름표 붙은 상자’와 같아요. 우리는 이 상자에 어떤 종류의 물건(데이터)을 담을 건지 미리 정해두고, 상자 겉에는 찾기 쉬운 이름표를 붙여놓는 거죠.

예를 들어볼까요? 여러분이 가장 좋아하는 숫자가 ‘7’이라고 해볼게요. 컴퓨터는 이 숫자 7을 메모리라는 방 어딘가에 덩그러니 저장해둘 수도 있지만, 나중에 다시 이 숫자를 찾아서 사용하려면 어디에 있는지 일일이 뒤져봐야 하는 번거로움이 있겠죠. 하지만 우리가 ‘favorite_number’라는 이름표를 붙인 ‘정수 상자’를 만들고 그 안에 숫자 7을 넣어둔다면 어떨까요? 나중에 ‘favorite_number’ 상자만 열어보면 언제든 쉽게 숫자 7을 꺼내 쓸 수 있게 되는 거죠!

C 언어라는 컴퓨터 언어에서는 이러한 ‘상자’를 만들기 전에 반드시 어떤 종류의 데이터를 담을 건지 미리 알려줘야 해요. 마치 우리가 택배 상자를 보내기 전에 안에 깨지기 쉬운 물건이 있는지, 옷인지, 책인지 종류를 써 붙이는 것과 비슷하죠. C 언어에는 여러 종류의 ‘상자’가 있답니다.

가장 기본적인 ‘상자’ 중 하나는 바로 ‘정수 상자’예요. 이 상자에는 -100, 0, 5, 1000과 같은 정수, 즉 소수점이 없는 숫자를 담을 수 있어요. C 언어에서는 이 ‘정수 상자’를 만들 때 ‘int’라는 특별한 약속된 단어를 사용합니다. 마치 “나는 이제부터 정수를 담을 상자를 만들 거야!”라고 컴퓨터에게 알려주는 것과 같아요. 그리고 이 ‘정수 상자’는 컴퓨터 메모리 안에서 4바이트라는 크기의 공간을 차지하게 됩니다. 1바이트는 우리가 흔히 사용하는 알파벳 한 글자 정도를 저장할 수 있는 크기라고 생각하시면 돼요. 그러니까 정수 상자는 알파벳 4글자가 들어갈 만한 공간을 사용하는 거죠.

또 다른 유용한 ‘상자’는 바로 ‘문자 상자’랍니다. 이 상자에는 ‘a’, ‘B’, ‘!’, ‘?’과 같은 하나의 문자를 담을 수 있어요. C 언어에서는 이 ‘문자 상자’를 만들 때 ‘char’라는 단어를 사용합니다. ‘character(문자)’의 줄임말이죠. 이 ‘문자 상자’는 ‘정수 상자’보다 훨씬 작은 1바이트의 메모리 공간만을 사용해요. 하나의 글자만 저장하면 되니까 더 작은 공간으로도 충분한 거죠.

여기서 중요한 점은, 왜 굳이 이렇게 여러 종류의 상자를 만들어서 사용하는 걸까요? 그 이유는 바로 ‘효율성’ 때문이에요. 만약 우리가 모든 데이터를 다 똑같은 크기의 아주 큰 상자에만 담는다고 상상해 보세요. 알파벳 ‘a’ 하나만 저장하는데도 커다란 상자 전체를 낭비하게 되겠죠. 마치 반지 하나를 보관하기 위해 커다란 금고를 사용하는 것과 같은 비효율적인 상황이 벌어지는 거예요.

하지만 C 언어에서는 데이터의 종류에 맞춰서 딱 맞는 크기의 상자를 사용하기 때문에 메모리라는 소중한 공간을 낭비하지 않고 효율적으로 사용할 수 있답니다. 정수는 비교적 큰 숫자를 표현해야 하므로 4바이트를 사용하고, 하나의 문자만 저장하면 되는 경우에는 1바이트만 사용하는 것이죠.

우리가 변수라는 ‘이름표 붙은 상자’를 만들고 그 안에 원하는 데이터를 넣는 과정을 C 언어에서는 ‘변수 선언’이라고 부릅니다. 변수를 선언할 때는 어떤 종류의 데이터를 담을 건지(int인지 char인지 등)를 먼저 쓰고, 그 상자에 붙일 이름표(변수 이름)를 써주면 돼요. 예를 들어, 아까 우리가 좋아했던 숫자 7을 저장하는 ‘정수 상자’를 만들고 ‘favorite_number’라는 이름표를 붙이고 싶다면 C 언어에서는 이렇게 쓴답니다

int favorite_number;

이렇게 선언만 해두면 ‘favorite_number’라는 이름의 ‘정수 상자’가 메모리 어딘가에 4바이트 크기로 뿅 하고 만들어지는 거예요. 아직 상자 안에는 아무것도 들어있지 않지만, 이제 우리는 이 상자에 정수를 넣고 필요할 때 언제든 ‘favorite_number’라는 이름으로 불러서 사용할 수 있게 된 거죠.

만약 우리가 좋아하는 알파벳 ‘A’를 저장하고 싶다면 ‘문자 상자’를 만들고 ‘favorite_alphabet’이라는 이름표를 붙일 수 있겠죠. C 언어에서는 이렇게 쓴답니다.

char favorite_alphabet;

이렇게 하면 ‘favorite_alphabet’이라는 이름의 ‘문자 상자’가 메모리 어딘가에 1바이트 크기로 만들어지고, 우리는 이 상자에 문자 ‘A’를 비롯한 다양한 문자를 담을 수 있게 되는 거예요.

우리가 컴퓨터에 저장하는 모든 데이터는 사실 0과 1로 이루어진 이진수 형태로 변환되어 저장된다는 사실, 알고 계셨나요? 마치 우리가 일상에서 10진수를 사용하는 것처럼, 컴퓨터는 2진수를 사용해서 모든 정보를 표현하고 이해한답니다. 우리가 변수에 어떤 값을 저장하든, 컴퓨터 내부에서는 이 값이 2진수로 바뀌어서 해당 변수가 차지하는 메모리 공간에 저장되는 것이죠.

예를 들어, 우리가 ‘favorite_number’라는 ‘정수 상자’에 숫자 30을 저장한다고 해볼게요. 숫자 30은 컴퓨터 내부에서 2진수 ‘00000000 00000000 00000000 00011110’ (4바이트, 즉 32비트)으로 변환되어 ‘favorite_number’ 상자가 차지하는 메모리 공간에 저장되는 것이랍니다. 우리가 나중에 ‘favorite_number’ 값을 읽어오라고 명령하면, 컴퓨터는 이 2진수를 다시 우리가 이해할 수 있는 10진수 30으로 바꿔서 보여주는 것이죠.

문자도 마찬가지예요. 우리가 ‘favorite_alphabet’이라는 ‘문자 상자’에 문자 ‘A’를 저장하면, 컴퓨터는 문자 ‘A’에 해당하는 ASCII 코드값인 65를 이진수 ‘01000001’ (1바이트, 즉 8비트)로 변환해서 ‘favorite_alphabet’ 상자에 저장합니다. 나중에 이 변수의 값을 읽어오면 컴퓨터는 이 2진수를 다시 ASCII 코드표를 참조하여 문자 ‘A’로 변환해서 보여주는 것이죠.

이처럼 변수는 우리가 데이터를 편리하게 저장하고 관리할 수 있도록 도와주는 아주 중요한 개념이랍니다. 마치 우리 방에 있는 이름표 붙은 상자들 덕분에 물건을 쉽게 찾고 정리할 수 있는 것처럼 말이죠. C 언어를 배우는 것은 컴퓨터의 정리정돈 비법을 배우는 것과 같다고 할 수 있어요. 변수라는 똑똑한 저장 상자를 잘 활용하면 우리는 컴퓨터의 메모리를 효율적으로 사용하고, 복잡한 데이터도 체계적으로 관리할 수 있게 된답니다.

다음 시간에는 이 변수라는 상자에 어떻게 원하는 값을 처음으로 넣어주는지, 그리고 그 안에 들어있는 값을 어떻게 꺼내서 사용하는지에 대한 더 흥미로운 이야기를 들려드릴게요. 컴퓨터 속 세상의 정리정돈 이야기는 아직 끝나지 않았답니다!

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https://youtu.be/THp66SnjPm8

내 손안의 보물 지도, 포인터 이야기

여러분, 혹시 어렸을 적 보물 찾기 놀이를 해보신 적 있으신가요? 낡은 지도 한 장을 들고 여기저기 숨겨진 단서를 따라 마침내 빛나는 보물을 발견했을 때의 그 짜릿함! 오늘 제가 여러분께 들려드릴 이야기는 마치 보물 찾기와 아주 흡사한, 컴퓨터 세계의 흥미로운 개념 ‘포인터’에 관한 것입니다. 어렵게 느껴지시나요? 걱정 마세요. 제가 여러분의 손에 친절한 보물 지도를 쥐여드리겠습니다.

컴퓨터 기억 창고, 주소라는 보물 단서

우리가 흔히 사용하는 컴퓨터는 방대한 양의 정보를 저장하고 관리하는 거대한 창고와 같습니다. 이 창고 안에는 수많은 칸들이 있고, 각 칸에는 고유한 ‘주소’라는 이름표가 붙어있죠. 우리가 어떤 데이터를 컴퓨터에 저장하면, 이 데이터는 창고의 어느 칸에 자리를 잡게 되고, 그 칸의 주소를 통해 우리는 언제든 다시 그 데이터를 찾아올 수 있습니다.

마치 우리가 친구에게 “우리 집 주소는 서울시 강남구…”라고 알려주듯이, 컴퓨터도 데이터가 저장된 ‘메모리 주소’를 기억하고 활용합니다. 그런데, 만약 우리가 친구 집의 정확한 주소를 적어둔 쪽지를 가지고 있다면, 굳이 친구의 이름을 외우지 않아도 언제든 그 집을 찾아갈 수 있겠죠? 바로 이 ‘주소를 적어둔 쪽지’와 같은 역할을 하는 것이 바로 ‘포인터’입니다.

포인터, 주소를 담는 특별한 상자

포인터는 단순히 숫자로 이루어진 메모리 주소를 ‘값’으로 가지는 특별한 변수입니다. 일반적인 변수가 ‘내용물’을 담는 상자라면, 포인터는 그 내용물이 어디에 있는지 알려주는 ‘주소’라는 정보를 담는 상자라고 생각하시면 쉽습니다.

예를 들어, 우리가 ‘나이’라는 정보를 저장하기 위해 age라는 이름의 상자를 만들었다고 가정해 봅시다. 이 상자 안에는 ‘25’라는 숫자가 들어있겠죠. 반면, ‘나이’ 정보가 저장된 곳의 주소를 알고 싶다면, 우리는 age_pointer라는 특별한 상자를 만들 수 있습니다. 이 age_pointer 상자 안에는 ‘나이’ 정보가 실제로 저장된 메모리 주소, 예를 들어 ‘0x1004’와 같은 값이 들어있게 되는 것이죠. (실제 컴퓨터 메모리 주소는 훨씬 복잡한 형태를 띱니다.)

보물 지도를 읽는 방법, 역참조 연산자

자, 이제 age_pointer라는 보물 지도를 손에 쥐었습니다. 이 지도에는 ‘0x1004’라는 주소가 적혀있죠. 우리가 이 지도를 따라 실제로 ‘나이’라는 보물이 있는 곳으로 가려면 어떻게 해야 할까요? 이때 필요한 것이 바로 ‘역참조 연산자’인 * 입니다.

마치 지도에 표시된 특정 지점을 손가락으로 가리키는 것처럼, 포인터 변수 앞에 *를 붙이면 “이 주소에 있는 실제 값은 무엇이니?”라고 컴퓨터에게 물어보는 것과 같습니다. 즉, *age_pointer는 ‘0x1004’라는 주소에 실제로 저장되어 있는 값, 즉 ‘25’를 우리에게 보여주는 마법과 같은 역할을 하는 것이죠.

배열이라는 보물 창고, 포인터로 더 쉽게 찾기

우리가 여러 개의 데이터를 순서대로 저장하고 싶을 때는 ‘배열’이라는 특별한 형태의 창고를 사용합니다. 마치 아파트 단지처럼, 배열은 여러 개의 칸들이 연이어 붙어있고, 각 칸은 0번부터 시작하는 ‘인덱스’라는 번호로 구분됩니다.

예를 들어, 5명의 친구들의 이름을 저장하는 names라는 배열이 있다고 해봅시다. names[0]에는 첫 번째 친구의 이름, names[1]에는 두 번째 친구의 이름이 저장되겠죠. 흥미로운 점은 이 배열의 이름 자체가 배열의 첫 번째 요소의 주소를 가리키는 포인터와 같다는 것입니다.

마치 아파트 단지 입구에 있는 안내판이 첫 번째 집의 위치를 알려주는 것과 같습니다. 따라서 우리는 배열의 이름이라는 포인터를 이용하여 각 요소에 더 쉽고 효율적으로 접근할 수 있습니다. 포인터에 숫자를 더하면, 그만큼 떨어진 다음 요소의 주소로 이동하는 ‘포인터 연산’이 가능하기 때문입니다. 마치 “첫 번째 집에서 오른쪽으로 두 칸 가면 네 번째 집이 있어”라고 말하는 것과 같습니다.

구조체라는 복합 보물 상자, 포인터로 섬세하게 접근하기

때로는 여러 종류의 데이터를 하나의 의미 있는 묶음으로 관리하고 싶을 때가 있습니다. 예를 들어, 학생의 이름, 나이, 학번 등의 정보를 묶어서 ‘학생’이라는 하나의 단위로 다루고 싶을 때 ‘구조체’라는 것을 사용합니다. 구조체는 마치 여러 개의 칸막이가 있는 보물 상자와 같습니다. 각 칸막이 안에는 이름, 나이, 학번과 같은 서로 다른 종류의 정보가 담겨 있는 것이죠.

구조체 변수를 선언하면, 이 복합적인 정보 묶음이 메모리 어딘가에 저장됩니다. 이때, 구조체 변수의 주소를 담는 ‘구조체 포인터’를 활용하면, 이 상자 안의 각 칸막이에 더욱 편리하게 접근할 수 있습니다. 마치 상자의 겉면에 붙은 특별한 열쇠 구멍을 통해 각 칸막이를 열어보는 것과 같습니다. 이때 사용하는 것이 바로 화살표 연산자(->)입니다. 구조체 포인터를 통해 멤버에 접근할 때는 점(.) 대신 화살표(->)를 사용하여 “이 구조체 포인터가 가리키는 구조체의 ‘이름’ 칸에 있는 값을 가져와줘”라고 명령하는 것이죠.

함수 포인터, 기능을 가리키는 놀라운 지도

지금까지 포인터가 데이터를 저장한 메모리 주소를 가리키는 것을 살펴보았습니다. 그런데, 포인터는 놀랍게도 ‘함수’의 주소까지 가리킬 수 있습니다! 함수는 특정 작업을 수행하는 코드 블록입니다. 마치 요리 레시피와 같다고 생각할 수 있습니다. 함수 포인터는 바로 이 레시피가 저장된 곳의 주소를 알고 있는 지도와 같습니다.

왜 함수 포인터가 필요할까요? 예를 들어, 우리가 다양한 종류의 계산 기능을 제공하는 프로그램을 만든다고 가정해 봅시다. 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 여러 함수가 있을 수 있겠죠. 함수 포인터를 사용하면, 어떤 연산을 수행할지를 실행 중에 결정할 수 있습니다. 마치 사용자가 원하는 요리 레시피를 선택하면, 그 레시피를 가리키는 함수 포인터를 통해 해당 기능을 실행하는 것과 같습니다. 이는 프로그램을 훨씬 더 유연하고 동적으로 만들어줍니다.

포인터, 강력하지만 섬세한 도구

지금까지 포인터의 기본적인 개념과 활용 방법에 대해 알아보았습니다. 포인터는 컴퓨터의 메모리를 직접적으로 다룰 수 있게 해주는 매우 강력한 도구입니다. 하지만, 그만큼 주의해서 사용해야 합니다. 포인터가 잘못된 메모리 주소를 가리키거나, 허용되지 않은 방식으로 메모리를 조작하려고 하면 프로그램이 오작동하거나 심지어 다운될 수도 있습니다. 마치 날카로운 칼을 능숙하게 다루면 훌륭한 요리사가 될 수 있지만, 부주의하게 다루면 다칠 수 있는 것과 같습니다.

마무리하며

포인터는 처음에는 다소 어렵고 낯설게 느껴질 수 있습니다. 하지만, 그 개념을 이해하고 능숙하게 활용할 수 있게 되면, 여러분은 컴퓨터 메모리를 더욱 깊이 이해하고, 더욱 효율적이고 강력한 프로그램을 만들 수 있는 능력을 갖게 될 것입니다. 마치 보물 지도를 따라 숨겨진 보물을 찾아냈을 때의 희열처럼, 포인터를 통해 컴퓨터 세계의 깊숙한 곳을 탐험하는 즐거움을 느껴보시길 바랍니다. 이 이야기가 여러분의 컴퓨터 여정에 작은 나침반이 되기를 바라며, 다음에 또 더욱 흥미로운 이야기로 다시 찾아뵙겠습니다.

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https://youtu.be/NtFp7loKqUA?si=jct7iT5Ge8onRgAT

우리는 일상에서 숫자를 쓸 때, 대부분 10진수를 사용합니다. 예를 들어, 친구에게 빵을 사주려고 90원을 주고 20원을 더 보탰더니 총 110원이 되었어요. 이렇게 0부터 9까지 열 개의 숫자로 이루어진 체계를 10진수라고 부릅니다. 너무 익숙해서 의식하지 못할 정도죠. 하지만 컴퓨터는 우리처럼 숫자를 쓰지 않습니다. 컴퓨터는 단 두 개의 숫자, 0과 1만을 사용해서 모든 계산과 처리를 합니다. 이걸 바로 2진수라고 해요.

컴퓨터가 왜 0과 1만 사용할까요? 간단합니다. 컴퓨터는 전기의 흐름을 통해 정보를 처리하는데, 전기가 흐르면 1, 흐르지 않으면 0으로 구분할 수 있기 때문이죠. 이 두 상태만 가지고도 놀라운 계산과 처리가 가능합니다.

그럼, 2진수는 실제로 어떻게 작동할까요? 일단 숫자 “1과 1을 더한다”는 상황을 생각해볼까요? 10진수에서는 1 + 1 = 2가 되지요. 그런데 2진수에서는 1 + 1을 하면 “10”이 됩니다. 처음엔 좀 헷갈릴 수 있지만, 10진수에서 9에 1을 더하면 10이 되듯이, 2진수에서도 1에 1을 더하면 자릿수가 올라가는 것이죠.

실제로 한 번 계산해보면 이렇습니다: 2진수 1 + 1 = 10 (10진수로는 2) 2진수 1 + 1 + 1 = 11 (2진수의 1 + 1 = 10, 그 10에 1을 더해서 11)

자, 이제 2진수를 10진수로 바꾸는 방법을 알아볼까요? 이것도 그리 어렵지 않아요. 2진수의 각 자리는 오른쪽부터 시작해서 2의 거듭제곱 값을 나타냅니다. 즉, 가장 오른쪽 자리는 2의 0승, 그 다음은 2의 1승, 2의 2승… 이런 식으로 올라가요.

예를 들어 2진수 1011은:

• 오른쪽 첫 번째 1은 2^0 = 1

• 그 왼쪽 1은 2^1 = 2

• 0은 2^2 = 0 (곱하면 0이니까 무시)

• 가장 왼쪽 1은 2^3 = 8 이걸 다 더하면 8 + 0 + 2 + 1 = 11이 됩니다. 즉, 2진수 1011은 10진수로 11인 거예요.

이쯤 되면 이런 의문도 생깁니다. “10진수 외에도 숫자 체계가 더 있나요?” 그럼요! 대표적인 게 16진수입니다. 16진수는 숫자 0부터 9까지, 그리고 A부터 F까지 총 16개의 기호를 사용합니다. A는 10, B는 11, C는 12… 이런 식으로 F는 15를 의미하죠.

이걸 왜 쓰느냐고요? 2진수는 너무 길어지기 쉬워요. 예를 들어 10진수 255는 2진수로 쓰면 11111111입니다. 여덟 자릿수죠. 그런데 16진수로 쓰면 FF, 단 두 글자입니다. 훨씬 간단하죠? 그래서 컴퓨터 관련 분야에서는 16진수를 자주 사용합니다.

이제 거꾸로, 우리가 익숙한 10진수를 2진수로 바꾸는 방법도 알아볼까요? 이건 나눗셈을 이용하는데, 생각보다 재밌어요.

예를 들어 10진수 13을 2진수로 바꾼다고 해봅시다.

1. 13을 2로 나누면 몫 6, 나머지 1

2. 6을 2로 나누면 몫 3, 나머지 0

3. 3을 2로 나누면 몫 1, 나머지 1

4. 1을 2로 나누면 몫 0, 나머지 1

이 나머지들을 아래에서 위로 읽으면? 1101! 즉, 10진수 13은 2진수로 1101입니다.

이 과정을 아이스크림 가게에서 거스름돈을 주는 상황으로 생각해볼 수도 있어요. 예를 들어 13원을 1원짜리와 2원짜리만 가지고 나눠줘야 한다고 하면, 가능한 방법은:

• 8원(2^3)짜리 하나

• 4원(2^2)짜리 없음

• 2원(2^1)짜리 하나

• 1원(2^0)짜리 하나 이 조합도 결국 8 + 0 + 2 + 1 = 11이니 같은 개념이죠.

2진수는 컴퓨터의 언어입니다. 우리가 하는 모든 검색, 게임, 사진, 동영상도 결국엔 0과 1로 이루어진 데이터입니다. 이 조그만 숫자들이 모여 우리가 사용하는 세상을 만들고 있는 거예요.

물론 처음엔 조금 낯설고 복잡하게 느껴질 수 있지만, 몇 가지 예제를 따라 해보면 금세 익숙해질 수 있습니다. 예를 들어 여러분의 스마트폰 비밀번호를 숫자 대신 2진수로 바꿔보는 놀이도 해볼 수 있죠.

비밀번호가 45라면, 2진수로는?

1. 45 ÷ 2 = 22, 나머지 1

2. 22 ÷ 2 = 11, 나머지 0

3. 11 ÷ 2 = 5, 나머지 1

4. 5 ÷ 2 = 2, 나머지 1

5. 2 ÷ 2 = 1, 나머지 0

6. 1 ÷ 2 = 0, 나머지 1

역순으로 읽으면 101101. 즉, 비밀번호 45는 2진수로 101101입니다!

이렇게 숫자를 다른 관점에서 바라보는 것만으로도 세상이 새롭게 보일 수 있어요. 오늘은 숫자의 세계를 잠깐 엿봤지만, 이처럼 숫자 하나에도 재미와 원리가 숨어있다는 걸 기억해 주세요.

혹시 다음엔 16진수로 색깔을 표현하는 법, 즉 웹디자인에서 자주 쓰는 #FF5733 같은 코드를 해석하는 이야기도 해볼까요? 그 이야기도 정말 흥미롭답니다!

유튜브 채널에서 더 자세한 내용 확인해보세요!

https://youtu.be/4E7BF_5TcOo

안녕하세요, 독자 여러분! 혹시 여러분은 스마트폰으로 친구와 메시지를 주고받거나, 컴퓨터로 좋아하는 음악을 들을 때, 이 모든 것이 어떤 신비한 언어로 이루어지고 있는지 생각해 보신 적 있으신가요? 마치 우리가 한국어, 영어, 프랑스어 등 다양한 언어를 사용하듯, 디지털 세상에도 특별한 언어가 존재합니다. 바로 0과 1, 단 두 개의 숫자만으로 이루어진 ‘2진수’라는 녀석이죠. 오늘은 이 흥미로운 디지털 언어에 대한 이야기를 쉽고 재미있게 풀어보려고 합니다. 마치 옆집 철수 이야기처럼 말이죠!

우리가 일상생활에서 가장 익숙하게 사용하는 숫자는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 이렇게 열 개의 숫자로 이루어진 ‘10진수’입니다. 예를 들어, 우리가 시장에서 사과 3개와 배 2개를 합쳐서 총 5개라고 셀 때, 자연스럽게 10진수를 사용하죠. 아주 직관적이고 편리한 체계입니다. 손가락이 열 개라서 10진수를 사용하게 되었다는 이야기도 있을 정도니까요.

그런데 컴퓨터는 왜 이렇게 편리한 10진수를 사용하지 않고 0과 1, 단 두 개의 숫자만 고집하는 걸까요? 마치 외골수 프로그래머처럼 말이죠! 그 이유는 바로 ‘전기’ 때문입니다. 컴퓨터 내부에서는 전기가 흐르거나 흐르지 않는 두 가지 상태를 가장 확실하고 빠르게 구분할 수 있습니다. 전기가 ‘흐르는 상태’를 1로, ‘흐르지 않는 상태’를 0으로 약속한 것이죠. 마치 스위치를 켜고 끄는 것과 같다고 생각하시면 됩니다.

이 0과 1 하나하나를 우리는 ‘비트(bit)’라고 부릅니다. 마치 알파벳 하나하나가 모여 단어를 이루듯, 이 작은 비트들이 모여 더 크고 복잡한 정보를 표현하게 됩니다. 예를 들어, 8개의 비트가 모이면 ‘바이트(byte)’라는 단위가 되는데, 이 1바이트로 하나의 글자나 숫자를 표현할 수 있습니다. 우리가 컴퓨터 키보드로 ‘A’라는 글자를 입력하면, 컴퓨터 내부에서는 01000001과 같은 8개의 0과 1로 이루어진 신호로 바뀌어 처리되는 것이죠. 정말 신기하지 않나요?

자, 이제 2진수가 어떻게 숫자를 표현하는지 조금 더 깊이 들어가 볼까요? 10진수에서는 각 자릿수가 1, 10, 100, 1000처럼 10의 거듭제곱을 의미합니다. 예를 들어 123이라는 숫자는 (1 \times 10^2 + 2 \times 10^1 + 3 \times 10^0)으로 해석할 수 있죠. 마치 건물을 지을 때 1층, 10층, 100층처럼 층수가 올라가는 것과 같습니다.

2진수도 마찬가지 원리입니다. 다만 각 자릿수가 2의 거듭제곱을 의미하죠. 예를 들어 2진수 1011은 오른쪽부터 (1 x 2^0 + 1 x2^1 + 0 x2^2 + 1 x 2^3)으로 계산됩니다. 이를 10진수로 바꾸면 (1 + 2 + 0 + 8 = 11)이 되는 것이죠. 마치 주사위 두 개를 던져서 나온 눈의 합을 계산하는 것처럼 간단합니다.

처음에는 조금 낯설 수 있지만, 몇 번 연습하다 보면 2진수의 매력에 푹 빠지실 거예요. 마치 새로운 외국어를 배우는 것처럼 말이죠! 2진수를 이해하면 컴퓨터가 어떻게 숫자를 저장하고 계산하는지, 또 어떻게 그림이나 음악 같은 복잡한 정보를 처리하는지 어렴풋이 짐작할 수 있게 됩니다. 마치 마법 상자의 비밀을 조금 엿보는 기분이랄까요?

그런데 가끔 컴퓨터 관련 용어를 보면 16진수라는 녀석도 등장합니다. 0부터 9까지의 숫자뿐만 아니라 A, B, C, D, E, F라는 알파벳까지 사용하는 조금 특이한 숫자 체계죠. 마치 암호처럼 보이기도 합니다. 왜 컴퓨터는 이렇게 복잡한 16진수를 사용하는 걸까요?

사실 16진수는 2진수를 좀 더 간결하게 표현하기 위해 만들어졌습니다. 16은 2의 4제곱이기 때문에, 16진수 한 자리는 정확히 4개의 2진수 비트에 대응됩니다. 예를 들어 2진수 1111은 16진수 F로, 2진수 0000은 16진수 0으로 간단하게 표현할 수 있죠. 마치 긴 문장을 줄임말로 사용하는 것과 비슷하다고 생각하시면 됩니다. 프로그래머들은 긴 2진수 코드를 16진수로 바꿔서 봄으로써 훨씬 더 쉽게 코드를 읽고 이해할 수 있습니다.

우리가 10진수를 2진수로 바꾸는 방법도 알아두면 꽤 유용합니다. 마치 우리가 외국어를 우리말로 번역하는 것과 같죠. 가장 일반적인 방법은 10진수를 2로 계속해서 나누고, 그 나머지를 역순으로 나열하는 것입니다. 예를 들어 10진수 13을 2진수로 바꿔볼까요?

• 13을 2로 나누면 몫은 6, 나머지는 1

• 6을 2로 나누면 몫은 3, 나머지는 0

• 3을 2로 나누면 몫은 1, 나머지는 1

• 1을 2로 나누면 몫은 0, 나머지는 1

나온 나머지들을 역순으로 쓰면 1101이 됩니다. 즉, 10진수 13은 2진수로 1101이 되는 것이죠. 신기하죠?

이처럼 2진수는 컴퓨터가 정보를 처리하는 가장 기본적인 언어이며, 16진수는 2진수를 효율적으로 표현하기 위한 방법입니다. 마치 건물의 뼈대와 그 뼈대를 보기 좋게 포장하는 디자인과 같다고 할 수 있죠. 우리가 스마트폰으로 사진을 보고, 유튜브 영상을 시청하고, 온라인 쇼핑을 하는 모든 순간 뒤에는 이 0과 1로 이루어진 디지털 언어가 쉼 없이 움직이고 있는 것입니다.

처음에는 2진수와 16진수가 외계어처럼 느껴질 수도 있습니다. 마치 어려운 수학 공식처럼 말이죠. 하지만 조금만 관심을 가지고 들여다보면, 이들이 디지털 세상을 움직이는 핵심 원리라는 것을 알 수 있습니다. 마치 우리가 매일 사용하는 스마트폰의 작동 원리를 이해하는 첫걸음이라고 생각하시면 좋을 것 같습니다.

우리가 일상에서 10진수를 사용하는 것처럼, 컴퓨터는 2진수를 사용해서 모든 정보를 표현하고 처리합니다. 글자, 숫자, 그림, 음악, 영상, 심지어 우리가 지금 보고 있는 이 글까지도 결국 수많은 0과 1의 조합으로 이루어져 있다는 사실이 정말 놀랍지 않나요? 마치 레고 블록으로 세상의 모든 것을 만들 수 있는 것처럼 말이죠!

디지털 세상은 끊임없이 발전하고 변화하고 있습니다. 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷 등 새로운 기술들이 쏟아져 나오고 있죠. 하지만 이 모든 기술의 가장 기본적인 토대는 바로 이 0과 1, 즉 2진수입니다. 마치 아무리 높은 건물을 지어도 그 기초가 튼튼해야 하는 것처럼 말이죠.

오늘 우리는 디지털 세상의 숨겨진 언어, 2진수와 16진수에 대한 흥미로운 이야기를 나눠봤습니다. 처음에는 조금 어렵게 느껴졌을 수도 있지만, 이 작은 숫자 두 개가 만들어내는 거대한 디지털 세계를 이해하는 데 조금이나마 도움이 되었기를 바랍니다. 다음에는 이 2진수가 실제로 컴퓨터 내부에서 어떻게 활용되는지에 대한 더 흥미로운 이야기를 들고 돌아오겠습니다. 그때까지 디지털 세상과 조금 더 친해지는 시간을 가져보시는 건 어떨까요? 감사합니다!

유튜브 채널에서 더 자세한 내용 확인해보세요!

https://youtu.be/4E7BF_5TcOo

우리가 매일 사용하는 스마트폰, 노트북, 심지어 스마트 TV까지, 이 모든 똑똑한 기기의 심장에는 ‘운영체제’라는 특별한 소프트웨어가 자리 잡고 있습니다. 마치 우리 몸의 신경계처럼, 이 운영체제는 기기의 모든 부품들이 서로 원활하게 소통하고 우리가 원하는 작업을 수행하도록 돕는 역할을 합니다. 그리고 수많은 운영체제 중에서도 특히 강력하고 유연하며, 안드로이드 스마트폰부터 슈퍼컴퓨터까지 다양한 곳에서 활약하는 주인공이 바로 ‘리눅스(Linux)’입니다.

오늘 우리는 이 리눅스의 핵심 중의 핵심, 바로 ‘리눅스 커널(Linux Kernel)’이라는 녀석과 그 주변 친구들의 흥미로운 이야기를 통해 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 살짝 엿보려고 합니다. 마치 복잡한 회사의 숨겨진 관리자들처럼, 이들은 우리가 직접 눈으로 볼 수는 없지만, 컴퓨터가 우리의 명령을 척척 수행하도록 묵묵히 뒤에서 일하고 있습니다. 자, 그럼 그들의 활약상을 한번 따라가 볼까요?

1. 여러 갈래 길을 하나로 모으는 마법사, 멀티플렉서 (MUX)

우리가 TV를 볼 때, 리모컨 하나로 여러 채널을 자유자재로 넘나들 수 있는 것은 ‘멀티플렉서(Multiplexer)’라는 특별한 부품 덕분입니다. 컴퓨터 내부에도 이와 비슷한 역할을 하는 친구가 있습니다. 마치 여러 개의 입력 통로에서 들어오는 정보 중에서 딱 하나의 통로를 선택해서 내보내는 스위치와 같습니다.

예를 들어, 여러분이 컴퓨터로 게임을 하면서 동시에 음악을 듣고, 파일 다운로드까지 하고 있다고 상상해 보세요. 이 모든 작업들은 각각 다른 통로를 통해 컴퓨터의 핵심 부품인 CPU(Central Processing Unit, 중앙 처리 장치)에게 명령을 전달하려고 합니다. 이때 멀티플렉서는 마치 교통 정리 경찰처럼, 이 여러 개의 요청 중에서 CPU가 지금 당장 처리해야 할 가장 중요한 요청 하나를 선택해서 CPU에게 전달해 줍니다. CPU는 이 요청을 처리하고 결과를 다시 멀티플렉서에게 보내고, 멀티플렉서는 이 결과를 다시 원래 요청했던 곳으로 정확하게 전달해 주는 것이죠.

이처럼 멀티플렉서는 여러 곳에서 동시에 들어오는 정보를 효율적으로 관리하고, CPU가 혼란 없이 순서대로 작업을 처리할 수 있도록 돕는 아주 중요한 역할을 합니다. 마치 여러 개의 줄이 연결된 악기에서 연주자가 하나의 줄만 선택해서 소리를 내듯이, 멀티플렉서는 여러 개의 데이터 흐름 중에서 필요한 흐름 하나만을 똑똑하게 골라냅니다.

2. 숨겨진 주소를 찾아가는 길잡이, 3×8 디코더

이번에는 마치 미로 속에서 정확한 출구를 찾아주는 길잡이 같은 역할을 하는 ‘3×8 디코더’에 대해 이야기해 볼까요? 컴퓨터 내부의 모든 정보는 0과 1로 이루어진 디지털 신호로 표현됩니다. 3×8 디코더는 3개의 입력 신호 조합(총 2의 3승, 즉 8가지 조합이 가능합니다)을 받아서, 그중 딱 하나의 출력 신호만을 활성화시키는 특별한 부품입니다. 마치 3개의 스위치를 켜고 끄는 다양한 조합에 따라 8개의 다른 방 중 하나의 문만 열어주는 것과 같습니다.

이러한 디코더는 컴퓨터가 특정 메모리 위치나 특정 장치를 선택하고 활성화하는 데 아주 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 컴퓨터가 특정 프로그램이 저장된 메모리 주소를 찾아야 할 때, CPU는 해당 주소에 해당하는 3비트 신호를 디코더에게 보냅니다. 그러면 3×8 디코더는 이 신호를 해석해서 정확한 메모리 칩을 활성화시키고, CPU는 그곳에서 필요한 데이터를 읽어올 수 있게 되는 것이죠. 마치 우편번호를 보고 정확한 집을 찾아가는 우편배달부처럼, 디코더는 CPU가 원하는 정확한 위치를 빠르게 찾아갈 수 있도록 안내하는 역할을 합니다.

3. 정보 고속도로, 시스템 버스 (System Bus)

컴퓨터 내부에는 마치 여러 개의 차선이 있는 고속도로와 같은 ‘시스템 버스(System Bus)’라는 것이 존재합니다. 이 버스는 CPU, 메모리, 그리고 키보드, 마우스, 하드디스크와 같은 입출력 장치들이 서로 정보를 주고받는 통로 역할을 합니다. 이 시스템 버스는 크게 세 종류의 차선으로 나눌 수 있습니다.

• 주소 버스 (Address Bus): 마치 고속도로의 출구 번호와 같습니다. CPU가 특정 메모리 위치나 장치에 접근하고 싶을 때, 이 주소 버스를 통해 해당 위치의 고유한 주소 정보를 보냅니다. 주소 버스의 차선이 많을수록 더 많은 메모리 공간이나 장치를 구별할 수 있습니다.

• 데이터 버스 (Data Bus): 실제로 주고받는 데이터가 이동하는 통로입니다. 마치 고속도로를 달리는 자동차와 같습니다. CPU가 메모리에서 데이터를 읽어오거나, 반대로 메모리에 데이터를 저장할 때 이 데이터 버스를 이용합니다. 데이터 버스의 차선 폭이 넓을수록 한 번에 더 많은 양의 데이터를 빠르게 전송할 수 있습니다.

• 제어 버스 (Control Bus): 마치 고속도로의 교통 신호와 같습니다. CPU와 다른 장치들 간의 작동 방식이나 시점을 조절하는 제어 신호들이 이 버스를 통해 전달됩니다. 예를 들어, CPU가 메모리에 데이터를 쓰려고 할 때 ‘쓰기’ 신호를 제어 버스를 통해 메모리에 보내고, 메모리는 이 신호에 따라 데이터를 저장하는 방식으로 작동합니다.

이처럼 시스템 버스는 컴퓨터의 모든 주요 부품들이 서로 효율적으로 통신할 수 있도록 돕는 핵심적인 연결 통로입니다. 마치 우리 몸의 혈관과 신경망처럼, 정보가 막힘없이 흐르도록 관리하는 중요한 역할을 수행합니다.

4. CPU의 일을 덜어주는 해결사, DMA 컨트롤러 (DMA Controller)

우리가 영화를 다운로드하거나 USB 드라이브에서 파일을 복사할 때, 많은 양의 데이터가 메모리로 이동하는 것을 경험합니다. 만약 CPU가 이 모든 데이터 이동 작업을 직접 관리해야 한다면, 다른 중요한 작업을 수행할 시간이 부족해져 컴퓨터가 매우 느려질 것입니다. 마치 택배 회사의 모든 직원이 직접 물건을 하나하나 나르는 것과 같다면 얼마나 비효율적일까요?

이러한 비효율성을 해결하기 위해 컴퓨터에는 ‘DMA(Direct Memory Access) 컨트롤러’라는 특별한 친구가 있습니다. DMA 컨트롤러는 CPU의 도움 없이 주변 장치(예: 하드디스크, DVD 리더, 네트워크 카드 등)가 직접 메모리에 데이터를 읽고 쓸 수 있도록 해주는 역할을 합니다. 마치 택배 회사의 물류 시스템처럼, DMA 컨트롤러는 데이터 전송 경로를 설정하고, 필요한 제어를 대신 수행하여 CPU가 다른 중요한 작업에 집중할 수 있도록 돕습니다.

5. DMA 작동 방식: CPU에게 허락받고, 알리고

DMA 컨트롤러가 어떻게 CPU의 일을 덜어주는지 좀 더 자세히 알아볼까요?

1. 요청 (Request): 예를 들어, DVD 리더가 읽어온 영화 데이터를 메모리에 저장하고 싶을 때, DVD 리더는 DMA 컨트롤러에게 데이터 전송을 요청합니다. 마치 택배를 보내고 싶은 고객이 택배 회사에 접수를 하는 것과 같습니다.

2. 허가 (Grant): DMA 컨트롤러는 이 요청을 받은 후 CPU에게 메모리 사용 권한을 요청합니다. CPU는 현재 진행 중인 중요한 작업이 없다면 DMA 컨트롤러에게 메모리 버스 사용 권한을 넘겨줍니다. 마치 택배 회사가 고객의 물건을 수거하기 위해 차량을 배정하는 것과 같습니다.

3. 전송 (Transfer): 이제 DMA 컨트롤러는 CPU의 간섭 없이 DVD 리더로부터 데이터를 직접 읽어와서 메모리의 지정된 위치에 저장합니다. 마치 택배 차량이 물건을 출발지에서 목적지까지 직접 운송하는 것과 같습니다.

4. 알림 (Notification): 데이터 전송이 완료되면 DMA 컨트롤러는 CPU에게 이 사실을 알립니다. CPU는 이제 메모리에 저장된 데이터를 활용하여 다음 작업을 수행할 수 있습니다. 마치 택배가 목적지에 도착하면 고객에게 알림이 가는 것과 같습니다.

6. DVD 리더의 데이터 전송 이야기

마치 우리가 DVD 영화를 볼 때, DVD 디스크에 저장된 영화 데이터가 컴퓨터의 메모리로 빠르게 전송되어야 끊김 없이 영화를 감상할 수 있는 것과 같습니다. 이때 DMA 컨트롤러가 아주 중요한 역할을 합니다. DVD 리더는 읽어낸 영화 데이터를 DMA 컨트롤러에게 전달하고, DMA 컨트롤러는 이 데이터를 CPU를 거치지 않고 직접 메모리에 저장합니다. 덕분에 CPU는 영화 재생이라는 더 중요한 작업에 집중할 수 있고, 우리는 끊김 없이 고화질 영화를 즐길 수 있는 것이죠.

7. 잠깐 빌려 쓰는 기술, 사이클 스틸링 (Cycle Stealing)

DMA 컨트롤러가 데이터를 전송하는 동안, CPU는 메모리 버스를 잠시 사용하지 못하게 됩니다. 마치 고속도로의 특정 차선이 공사 중일 때 다른 차들이 잠시 그 차선을 이용하지 못하는 것과 비슷합니다. 이러한 방식을 ‘사이클 스틸링(Cycle Stealing)’이라고 부릅니다. DMA 컨트롤러가 데이터를 전송하는 아주 짧은 시간 동안만 CPU가 메모리 접근을 멈추기 때문에, 전체적인 시스템 성능에 큰 영향을 미치지 않으면서 효율적인 데이터 전송이 가능해집니다. 마치 짧은 시간 동안만 길을 막고 공사를 진행해서 교통 흐름에 최소한의 영향만 주는 것과 같습니다.

8. 함께 만들어가는 효율적인 컴퓨터 세상

지금까지 우리는 리눅스 커널을 이해하는 데 필요한 몇 가지 기본적인 컴퓨터 구조 개념, 즉 멀티플렉서, 디코더, 시스템 버스, 그리고 DMA 컨트롤러에 대해 알아보았습니다. 이들은 마치 우리 눈에 보이지 않는 곳에서 묵묵히 자신의 역할을 수행하며, 컴퓨터가 우리가 원하는 작업을 빠르고 효율적으로 처리할 수 있도록 돕는 숨겨진 조력자들입니다.

이들의 유기적인 협력을 통해, 우리의 스마트폰은 수많은 앱을 동시에 실행하고, 우리의 노트북은 복잡한 작업도 거뜬히 처리하며, 슈퍼컴퓨터는 방대한 양의 데이터를 분석할 수 있는 것입니다. 리눅스 커널은 이러한 하드웨어 친구들을 효과적으로 관리하고 지휘하여, 우리가 더욱 편리하고 풍요로운 디지털 세상을 누릴 수 있도록 돕는 핵심적인 역할을 수행합니다.

비록 이들의 이름이 조금은 어렵고 낯설게 느껴질 수 있지만, 이들이 없다면 우리의 디지털 경험은 상상하기 어려울 정도로 불편해질 것입니다. 마치 잘 조직된 회사의 보이지 않는 팀원들처럼, 리눅스 커널과 그 친구들은 오늘도 우리의 디지털 세상을 더욱 빠르고 편리하게 만들어가기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 다음번 여러분의 스마트폰이나 컴퓨터가 부드럽게 작동하는 것을 느낄 때, 이 숨겨진 조력자들의 활약을 한번쯤 떠올려 보는 것은 어떨까요?

유튜브 채널에서 더 자세한 내용 확인해보세요!

https://youtu.be/9DgoJLZTCGc