[궁금한 반도체 WHY] 데이터의 저장 방식, 이진수의 이해

슈퍼컴퓨터는 인간이 다루지 못하는 어마어마한 양의 데이터를 처리할 수 있어 우주 공학, 날씨 예측 등 다양한 분야에 쓰이고 있습니다. 그렇다면 슈퍼컴퓨터는 사람과 같은 논리 연산을 하는 것일까요? '오늘 날씨는 뜨뜻미지근 한데?'라는 인간의 물음에 과연 슈퍼컴퓨터는 어떤 반응을 보일지 상상이 되시나요? <궁금한 반도체 WHY> 1편에서는 0과 1로 이뤄진 컴퓨터의 언어, 이진수에 대해 알아보도록 할게요.

컴퓨터의 모든 계산은 0과 1로!

▲ 출처: 천재학습백과

이진수란 0과 1만으로 표현되는 수로, 컴퓨터가 데이터를 저장하는 방식입니다. 수많은 데이터를 읽고, 저장하는 등에 0과 1만을 이용해 처리합니다.

한글이나 알파벳 같은 인간의 정보 표현 체계가 아닌 왜 이진법(binary bit)을 사용하게 되었을까요? 그건 바로 컴퓨터의 하드웨어적인 구조 때문이죠. 컴퓨터를 작동시키는 전기는 '전류가 흐른다(ON)'과 '흐르지 않는다(OFF)'의 두가지 신호를 가지고 있습니다. 여기서 ON과 OFF는 1과 0을 의미하는데요. 논리의 조립이 간단한 이진법은 전기 신호를 명확하게 구별하여 데이터를 읽고 쓰는 과정에서 오류를 방지 할 수 있기 때문이죠.

수많은 데이터를 만들어내는 0과 1

비트(bit)는 컴퓨터가 처리하는 정보의 최소단위로, 0과 1을 나타내는 영역이라고 할 수 있습니다. 이러한 영역이 한 개씩 늘어나 병렬로 구성되면 경우의 수, 즉 용량은 두 배가 되는 것이죠.

이런 영역이 수천, 수만 개가 모여 연산하고, 그 연산을 바탕으로 각종 프로그램을 수행해 인간이 인지할 수 있는 결과물이 탄생하는 것입니다.

우리가 스마트폰으로 보는 텍스트나 이미지, 영상들도 매 초마다 0과 1을 가지고 수천, 수만의 선택으로 만들어진 결과물입니다. 그리고 인간의 감각기관이 인식 할 수 있는 방식으로 표현해주고 있죠. 이진연산은 둘 중에 한 개를 선택해야 하는 한계가 있지만, 그 선택을 무한히 할 수 있다는 장점을 가집니다.

MB, GB, TB는 과연 얼마나 클까?

위 동영상을 보면 거듭제곱에 대해 쉽게 실감할 수 있는데요. 1m 상공에서 볼 때는 한 남자가 공원에 누워 있지만, 102m 상공에서는 도로와 다리가 보이기 시작합니다. 106m 상공에서는 오대호의 미시간호가 전부 보이며, 107m 상공에서는 지구 전경이 보이게 됩니다.

그렇다면 2의 거듭제곱은 어떨까요? 이해를 돕기 위해 신문지를 접는 것으로 생각해보겠습니다. 두께가 약 0.01cm인 신문지를 40번 접으면 마라톤 코스를 약 2606번 뛴 길이(109951km)가 되고, 지구와 달 거리의 3분의 1에 다다른다고 합니다. 다시 말해, 신문지를 42번 접으면 지구와 달 거리를 뛰어 넘는다는 것이죠. 물론 실제로는 신문지를 10번 접기도 힘들지만요.

최근 외장하드는 0.5TB에서 4TB까지 다양한 용량의 제품들로 판매되고 있습니다. 여기서4TB는 242 Byte(약 4x1012 byte)를 말하는데요. 신문지를 42번 접어 지구와 달과의 거리를 뛰어 넘는 것처럼, 4TB 크기는 2Byte를 42번 거듭제곱하여 나온 값으로 수많은 데이터를 저장할 수 있는 크기라고 할 수 있습니다. 4TB 저장장치에는 HD급 영화 약 500편(8GB 기준), 음악 약 57만개(7MB 기준), 사진 약 80만장(5MB 기준), PPT 파일(1MB 기준) 약 400 만개를 저장할 수 있습니다.