1 Digital Computers and Information 1-1. Digital computers by hcj

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									1 Digital Computers and Information
1-1. Digital computers
   현대사회 : 정보시대 (information age) 디지털 컴퓨터
   컴퓨터  과학적 발견, 공학적 발견
     – 사업 거래, 통신, 수송, 의학치료, 오락
     – 날씨, 환경
     – 산업사회의 설계, 공정, 분배
     – 마이크로프로세서의 설계
   특징 : 일반성(generality)
     – 프로그램  유연성  다양한 응용
   디지털 시스템(디지털 컴퓨터)의 특징
     – 정보를 이산적(discrete)으로 조작
     – 정보  신호(signal)  2개(binary)의 전압, 전류
   Binary
     – just two discrete value
   전압에 의한 2진값 표현

              OUTPUT       INPUT
       HIGH            5
                       4
                       3
                       2
                       1
        LOW            0



   voltage range for binary signal
     – HIGH, LOW, TRUE, FALSE, 1, 0
     – HIGH: 4.0~5.5(out), 3.0~5.5(in)
     – LOW: -0.5~1(out), -0,5~2.0(in)

   입력범위가 출력 범위보다 넓게 만들어진 이유

   Why is binary used ?
    – HIGH or LOW is simple, easy to design and reliable
Information Representation (정보 표현)
   0과 1 에 의한 정보의 표현
     – 2 진수 시스템
     – 비트(bit)  비트의 그룹  정보의 표현

   정보
    – 이산적 데이터  코딩  2 진수 시스템으로 표현
    – 연속 데이터  양자화( quantize )  코딩  2 진수 시스템으
      로 표현
       • 아날로그-디지털 변환(Analog-to-digital conversion)
 Computer structure (컴퓨터 구조)
   디지털 컴퓨터 블록도




•memory : stores programs and data
•datapath(데이터 처리장치) : performs arithmetic and data-processing operation
•control unit :
     •supervises the flow of information between the various units
     •retrieves the instructions from the program
•CPU : datapath + control unit
•I/O device : keyboard, CRT, CD-ROM, hard disk...
More on the generic computer
   processor
     – CPU(central processing unit)
     – FPU(floating point unit,수치연산 코프로세서 ): 일반적으로 코프로
      세서라고 부르는 8087, 287, 387 등과 같은 칩, NDX(Numerical
      Processor eXtension)라고도 함.
       • 정수(integer)와 부동소수점(floating point)
    – MMU(memory management unit, 기억장치 관리장치) :기억장치의
      효율적인 관리를 위한 전용 반도체 칩. 주로 가상 기억장치 시스템에서 중앙 처
      리 장치와 실제 주기억장치 사이에 위치하여 중앙 처리 장치가 액세스 하는 가
      상 주소를 실제 주소로 변환하는 일을 한다.
       • Cache(internal, external)
       • RAM
   BUS:데이터이동을 제어
     – 버스 인터페이스
     – 프로세서 버스, 입출력 버스
   I/O
     – 키보드, CRT 모니터
     – 그래픽 어댑터 카드, 디스크제어기 카드
    1-2 Number system

   수의 표현 : 계수(coefficients), 기수(base or radix)
   Decimal number system
     – each digit has integer raised to the power of 10
      724.5  7 102  2 101  4 100  5 101
     – 기수(base or radix) 10
         • the coefficients are multiplied by powers of 10
     – Each coefficient Ai is one of 10 digits(0,1,2,….8,9)
           An 1 An  2 ... A1 A0 . A1 A 2 .... An
     – general number in base r contains r digits 0,1,..r-1
          An1r n1  An2 r n2  ...A1r1  A0 r 0
           A1r 1  A2 r 2 ....Am r m
   Positional notation (자리표기법)
    – coefficients and radix points(.) are written down:
        An 1 An 2 ... A1 A0 . A1 A2 .... A m1 A m
    – MSD(the most significant digit ,최상위 수) : An 1
    – LSD(the least significant digit, 최하위 수) :            A m
    – example : base-5 with n=3 and m=1
     (312.4)5  3  52  1 51  2  50  4  51
      75  5  2  0.8  (82.8)10


   컴퓨터에서 많이 사용되는 수 시스템 : base-2, base-8, base-16
      Binary numbers (2진수)
   Base-2 system with two digits: 0, 1
     – 2진  10진 변환 예 : (11010 ) 2  1  24  1  23  0  22  1  21  0  20  (26 )10

          (110101 .11) 2  32  16  4  1  0.5  0.25  (53 .75 )10
     – K, M, G K (kilo) : 210  1024 , M (mega ) : 220 , G ( giga) : 230

     – 10진  2진 변환 예 :

    625  512  113  N1 ,512  29
    113  64  49  N 2 ,64  26
    49  32  17  N 3 ,32  25
    17  16  1  N 4 ,16  2 4
    1  1  0  N 5 ,1  20
    (625)10  29  26  25  2 4  20  (1001110001 2
                                                   )
     Octal and Hexadecimal number( 8진수와 16진수)
     8진수와 16진수를 사용하는 이유
     Octal(base-8):
       – 1 octal digit corresponds to 3 binary digits
        (127 .4)8  1 82  2  81  7  80  4  81  (87 .5)10
       – conversion from binary to octal :
         3bit to 1octal digit
        (0101100011 01011 .1111000001 10 ) 2  (26153 .7406 )8


      Hexadecimal(base-16)
        – 1 hex digit corresponds to 4 binary digits
    ( B65 F )16  11 16 3  6 16 2  5 16 1  15 16 0  (46687 )10
       – conversion from binary to hexadecimal : 4bit
     (0010110001 101011 .1111000001 10 ) 2  (2C 6 B.F 06 )16
Number range (숫 자 범위)
   컴퓨터에서 처리되는 수의 범위  비트 수
   비트수  컴퓨터의 구조
   예:
    – (537)10  (0000001000011001)2
   16 비트로 표현할 수 있는 정수
    – 무부호 정수 : 0 ~ (216 - 1)
    – 고정 소수점 무부호 소수 : 0 ~ (216 - 1)/ 216
1-3 Arithmetic operation(산술 연산)
   기수 r인 숫자에 대한 산술 연산 : 10진수와 유사
   덧셈 : Carries, Augend(피가산수), Addend (가산수), Sum
     – 예:p. 13
   뺄셈 : Borrows, Minuend (피감수), Subtrahend (감수), Difference
     – 예 :p. 13
     – 감수가 피감수보다 큰 경우:감수에서 피감수를 빼고 (-) 부호
   2진 곱셈:Multiplicand(피승수), Multiplier(승수), Product
     – 예 :p. 14
   8진, 16진
     – 각 자리수를 10진수로 변환후 연산
     – EX 1-1
   곱셈
     – EX 1-2
Conversion from Decimal to other base
   10진수  기수 r 인 수
     – 계속 r로 나누고 나머지를 모음
   정수 부분과 소수 부분으로 분리
   EX 1-3
   EX 1-4

   소수점이 있는 경우 : 기수 r 을 계속 곱한다.
     – 소수 부분이 0이 되거나 정확한 숫자를 얻을 때 까지
   EX 1-5
   EX 1-6
1-4 decimal code
   컴퓨터  2진수 시스템  10진수 시스템  사람
   10진수를 2진수로 표현하는 방법이 필요
     – BCD(binary-coded decimal) : 2진수로 코드화된 10진수
   2진수로 코드화된 10진수
     Decimal Symbol    BCD Digit
           0          0000
           1          0001
           2          0010
           3          0011
           4          0100
           5          0101
           6          0110
           7          0111
           8          1000
           9          1001
BCD addition
   10진수, BCD, 2진수의 차이점
     – 예(p.19)
     – BCD는 0과1로서 표현되지만 본질적으로 10진수 이다.
   BCD 가산의 문제점 :
     – 예 : (10진 가산) 0 ~ 9 + 9 +1 = 19
     – 2진 : 0000 ~ 10011
     – BCD : 0000 ~ 1 1001
     – 결과가 1010보다 클때
       • 0110(10진수 6)을 더하고 캐리 발생
       • EX 1-7(p.19)
1-5 Alphanumeric code(영문 숫자 코드)
   문자로 된 데이터의 처리를 위해 필요
    – 영어를 위한 2진코드 : 영문 숫자(Alphanumeric)
        • 알파벳 대소문자 , 10진수, 특수 문자 : 64개의 코드 필요
        • 7비트 소요
   ASCII
     – American Standard Code of Information Interchange
     – 영문 숫자(Alphanumeric)에 대한 표준 2진 코드
     – 128개의 문자를 7비트로 표현
     – 행과 열로 표현
     – 32개의 특수문자(제어문자)
        • 서식제어문자(format effectors):프린팅의 배치를 제어
        • 정보분리문자(information separators):데이터를 분리(문단과 페이지)
        • 통신제어문자(communication control character)
    – 비트 7(최상위 비트): 대부분의 컴퓨터는 byte(8bit)를 사용
ASCII table
제어문자
패리티 비트
   데이터 통신과 정보처리에서의 에러를 검출
   1의 개수를 짝수 또는 홀수로 만들기 위해 추가된 여분비트
     – 예(p.22)
   NAK, ACK에 의한 에러제어
     – 에러는 무작위로 발생하고 다시 발생하지 않는다는 가정하에
       메시지의 재전송
     – 수신자가 짝수패리티 에러를 검출하면, 짝수패리티 8bit,
       10010101로 구성된 NAK제어문자를 송신함
     – 에러가 검출되지 않으면 수신기에서 ACK(00000110)를 보냄
유니코드
   16비트 영문숫자코드에 대한 새로운 표준
     – ISO/IEC 10646 또는 유니코드/10646
     – 16비트 : 65,536개의 코드워드를 제공
          유니코드
             유니코드의 첫번째 256개의 코드
(0000)2




                         (007F)2
유니코드
   유니코드 워드의 할당을 위한 네가지 주요 존(zone)
    – A 존 : 문자 음절, 기호
    – I 존 : 표의 문자
    – O 존 : 미래의 표의 문자
    – R 존 : 전용 사용지역, 호환성 존, 특수코드



   2바이트에 의한 유니코드의 구현
     – little-endian 컴퓨터 : byte 1 : byte 0
     – big-endian 컴퓨터 : byte 0 : byte 1
요약
   디지털 시스템, 디지털 컴퓨터
     – 2개의 값만을 갖는 신호의 사용
   숫자 시스템
     – 2진수
     – 8,16진수
     – BCD
   ASCII
   유니코드

   예정 : 부호를 갖는 숫자와 부동 소수점 숫자, 다양한 10진 코드

								
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