TIL 59: [컴퓨터 공학] 기초

줌 세션 내용까지 정리해서 업로드합니다! 역사 수업 하듯이 알려주셔서 재미있게 들었습니다.

문자열

1 Byte = 8 Bits

비트 하나 당 0과 1로 나누어서 표현할 수 있습니다. 1 Byte, 즉 8 Bits 인 경우 256(2^8, 0~255)가지의 경우를 표현할 수 있습니다. 1 바이트 안에 0과 1로 표현할 수 있는 8개의 칸이 있다고 생각하시면 됩니다.

ASCII 코드는 영어와 숫자만 표현할 수 있는 한계가 있습니다. 이를 해결하기 위해, 그리고 전 세계의 모든 문자를 컴퓨터에서 일관되게 다룰 수 있게하기 위해 Unicode가 만들어졌습니다. Unicode는 영어 뿐만 아니라 다양한 언어와 심볼 등을 표현할 수 있는 문자 인코딩 방법입니다. 여기서 인코딩이란 어떤 문자나 기호를 컴퓨터가 이용할 수 있는 신호로 만드는 것입니다. 

 

인코딩 방식으로는 크게 UTF-8과 UTF-16이 있습니다. (Unicode Tranformation Format)

뒤에 붙어있는 숫자의 의미는 8비트, 16비트 기준으로 인코딩한다는 뜻입니다. UTF-8은 UTF-16에 비해 바이트 순서가 고정되어 있으며, 1 byte에서 4 bytes까지의 가변길이를 가지는 인코딩 방식입니다. 또한 UTF-8은 한 문자를 나타내기 위해 1 바이트를 사용하지만, UTF-16은 2바이트를 사용합니다. 최근에는 대부분 UTF-8을 사용하고 있습니다.

 

그래픽

그래픽에는 크게 비트맵(래스터)과 벡터로 나뉘어집니다.

비트맵(Bitmap) 그래픽은 다양한 픽셀(점)들의 조합으로 그려지는 이미지 표현 방식(jpg, gif, png, bmp, psd)입니다. 비트맵 이미지는 정교하고 화려한 표현이 가능하여, 주로 사진 이미지에 주로 사용됩니다. 비트맵 이미지는 크기를 늘리거나 줄이면 원본 이미지에 손상이 가는 것이 특징이며, '이미지가 깨졌다'라고 표현되기도 합니다. 전문적인 용어로는 앨리어싱(aliasing)이라고 합니다. 이미지의 복잡도에 따라 벡터로 변환하는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다.

벡터(Vector)는 시작점과 끝점을 연결해 수학적 원리로 Shape를 그려 표현하는 방식(svg, ai)을 말합니다. 비트맵과 달리 크기를 확대 축소해도 품질 저하가 없어 주로 로고 일러스트와 같이 제품에 적용되는 이미지에 사용합니다. 또한 큰 크기의 벡터 그래픽은 작은 파일 사이즈를 유지할 수 있습니다. 그럼에도 일반적으로 크기가 비트맵보다 큽니다. 왜냐하면 선의 시작점, 끝점, 굵기, 부드러운 정도, 컬러 등 다양한 데이터들을 넣어줘야하기 때문입니다.

 

운영체제

Mac OS, Android, Ubuntu 등이 운영체제입니다. 컴퓨터를 키는 순간 하드웨어가 운영체제라는 프로그램을 실행시킵니다. 그러면 운영체제는 VS Code, Chrome, 카카오톡 등 응용 프로그램을 실행시킵니다. 운영체제의 기능으로는 크게 아래 세가지와 같습니다.

• 사용자에게 편리한 GUI환경을 제공함
• 하드웨어를 사용할 수 있도록 펌웨어와 드라이브를 관리함
• 응용프로그램을 실행할 수 있게 해줌

 

프로세스 (Process) / 스레드 (Thread) /  멀티 스레드 (Multi-thread)

사용자가 응용 프로그램을 실행하면, 운영체제는 응용프로그램에게 프로세스라는 땅을 줍니다. 

여기서 Chrome 브라우저를 두 개 실행하면 두 개의 프로세스가 생성됩니다. 즉, 하나의 애플리케이션은 다중 프로세스를 만들기도 합니다.

땅(프로세스)에서 일하는 일꾼들이 스레드라고 생각하시면 됩니다.

 

여기서 문제는 스레드는 한번에 한가지 일밖에 못합니다. 두가지 일을 동시할 수 없습니다.

 

이를 해결하기 위해 멀티스레드라는 개념을 도입했습니다. 애플리케이션 내부에서의 멀티태스킹입니다.

 

하지만 여기서도 문제가 있습니다. 개발자가 이 여러개의 스레드를 하나하나 관리해줘야 한다는 점입니다. 일일이 연결해주고, 일일이 진행상황을 확인해야 해서 번거로움이 생겼습니다.

 

이러한 문제를 해결하기 위해 비동기 개념이 도입되었습니다. Node.js가 알아서 비동기 작업을 통해 일꾼의 고용부터 작업이 마무리될 때까지 관리한 후, 끝나고나서 개발자에게 알려줍니다. 비동기 덕분에 스레드를 효율적으로 사용할 수 있게 되었습니다.

 

 

가비지 컬랙션 (Garbage Collection, GC)

면접 단골 질문이라고 합니다. 메모리에는 스택과 힙이 있습니다. GC는 그 중 메모리 상 힙에 있는 참조링크가 끝난 데이터를 회수하는 것을 말합니다. GC가 중요한 이유는 발생하는 순간 잠시 멈추기에 프로그램 실행속도까지 영향을 미치기 때문입니다.

let a; // 스택에 저장. a에 실제 저장이 된 것은 상수 10의 주소값
a = 10; // 힙에 저장. 참조 자료형
let b = 10; //a와 같은 주소값

console.log("result" + a); // 이 경우, a로 가고 a 안에 있는 10의 주소값으로 가서 10을 가지고 옴.

// 이후에 a를 안쓴다면, a는 쓸모 없는 애가 됨. 그럼 프로그래밍에서는 스택을 비움. a가 사라짐
// 힙에 있는 10의 주소값 링크 끊어짐. GC

 

캐시 (Cache)

데이터나 값을 저장하는 '임시' 데이터입니다. 여기서 중요한 것은 '한번 요청을 해서 받아온 데이터'에서 변했는지 안변했는지에 따라 캐시 여부가 결정됩니다. 응용프로그램별로 캐시가 존재하고, 클라이언트, 서버 등 다양한 곳에서 캐시는 있습니다. 

캐시의 데이터는 일반적으로 RAM(Random Access Memory)과 같이 빠르게 접근할 수 있는 하드웨어에 저장되며, 소프트웨어 구성 요소와 함께 사용될 수도 있습니다. 캐시는 기본 스토리지 계층(SSD, HDD)에 엑세스하여 데이터를 가져오는 더 느린 작업의 요구를 줄이고, 데이터 검색의 성능을 높입니다.

캐시의 장점으로는 아래와 같습니다

• 애플리케이션 성능 개선
• 데이터베이스 비용 절감
• 백엔드 부하 감소
• 예측 가능한 성능
• 데이터베이스 핫스팟 제거
• 읽기 처리량 증가: Input/Output operations per second(IOPS)로 HDD, SSD 등의 컴퓨터 저장 장치의 성능 측정 단위