비트(bit), 바이트(byte)의 의미와 8비트(bit),16비트(bit), 32비트(bit), 64비트(bit) 컴퓨터 운영체제

                       김진국

1. 비트(bit)

이진법(binary notation)은 0과 1의 두 개의 숫자로 구성된 숫자 체계이다. 
비트(bit)는 binary digit(이진 숫자, 0과 1)의 약자이며 이진수의 1자리이다.
비트(bit)는 컴퓨터 메모리에 사용되는 가장 작은 단위이다.
1비트(2진법의 한자리 수)는 0,1의 두 개의 값 중에 하나이고 2비트(2진법의 두 자릿수)는 00, 01, 10, 11의 네 개의 값 중에 하나이며 3비트(2진법의 3자리 수)는 8개의 값 중에 하나, 4비트(2진법의 4자리 수)는 16개의 값 중의 하나이다.
컴퓨터 속에서는 신경계가 전압의 높낮이로 전도되는 것과 같이 문자나 숫자, 기호로 통용되지 않고 전압의 높고 낮음의 두 가지를 전기회로로 처리하여 신호(정보)를 나타낸다. 전압이 높으면 1, 전압이 낮으면 0을 의미하는 2진법이 적용되는 것이다.
 화면이나 프린터 등으로 출력되는 문자나 그림은 컴퓨터 내부에서 전압의 높고 낮음의 2진법(0과 1)으로 처리된 전기회로의 신호(정보)를 다시 변환한 것이다. 그래서 키보드나 화면 등으로 입력된 모든 신호를 컴퓨터는 전압의 높고 낮음의 2진법 논리로 고쳐서 처리한다.
 2진수에는 한 자리에  0, 1의 두 숫자밖에 없으므로 1자리(1비트)로는 2종류의 신호(정보)를 처리할 수밖에 없다. 예를 들면 손가락 하나로 상대방에게 신호를 보낸다면 손가락을 펴는 것과 접는 것으로 두 가지 정보를 신호할 수 있다. 그런데 4가지 정보를 신호해야 한다면 손가락을 펴고 접는 것을 두 번 하면 된다. 이렇게 하면 한 개의 손가락으로도 무한대의 수를 나타낼 수 있는 것이다. 이것을 이진수로 표기하기 위해서는 손가락을 펴고 접는 횟수를 표시해야 하므로 자리가 올라가는 것이다
2진법에서는 2진수의 횟수를 수의 자리로 나타내어 정보를 처리한다. 즉, 1자리(1비트)로는 0,1로 2가지(2) 정보이고, 2자리(2비트)로는 01,10,11,00으로 총 4가지(2 × 2=4), 3자리(3비트)로는 8가지(2 × 2 × 2=8),4자리(4비트)로는 16가지(2 × 2 × 2 × 2=16),5자리(5비트)로는 32가지(2 × 2 × 2 × 2 × 2=32),6자리(6비트)로는 64가지(2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2=64),7자리(7비트)로는 128가지(2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2=128),8자리(8비트)로는 256가지(2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2=256)... 정보를 나타낼 수 있게 된다.  

2. 바이트(byte)

한 손가락이 펴는 것과 접는 것으로 이진법을 나타낸다고 가정하면 다섯 손가락인 한 손으로는 5자리(5비트) 수로 32가지 정보를 표시할 수 있으며 양손을 모두 사용하면 10자리(10비트) 수로 1,024가지 정보를 표시할 수 있는 것이다(10손가락으로 물건을 헤아릴 때 손가락을 순서대로  접거나 펴는 방법을 말하는 것이 아니고  어떤 손가락은 펴고 어떤 손가락은 접어 나타낼 수 있는 모든 경우). 그래서 n자리(n비트)로는 2의 n승 가지를 신호(정보)를 구별하여 나타낼 수 있다.
그리고 한 번에 손가락 5개인 한 손으로 정보를 나타내는 것을 단위로 하면 5비트, 손가락 10개인 양손으로 정보를 나타내는 것을 단위로 하면 10비트 정보 단위가 되는 것이다.
손가락 8개의 정보 단위로 처리하는 것과 같은 8비트 컴퓨터라면
정보 1(null)은 00000000으로
정보 2는 00000001로
정보 3은 00000010으로
정보 4는 00000011이라는 2진법 수로 처리된다.
이와 같이 컴퓨터에서 실제 사용되는 정보 단위는 비트(bit)가 아니고 8개의 손가락으로 나타내는 것을 단위로 하는 것과 같은 바이트(byte)이다.
컴퓨터에서 정보를 2진수로 전환하는 방식은 하나하나의 비트(bit) 단위로 연속으로 처리하는 것이 아니고 8bit, 즉 바이트(byte) 단위로 묶어서 기본단위(2진수로 전환하는 단위)로 한다는 것이다.
영문을 나타내는 문자는 대문자 28개, 소문자 28개를 합해서 56개 이상의 다른 알파벳 문자와 기호가 있다.
컴퓨터에서 영문을  표기하기 위해서는 기호와 영어 알파벳 각각을 2진수의 숫자에 대응하여 지정한다.
그렇게 하려면 적어도 알파벳이 56개이므로 2진법 수로 56종류 이상이 필요하다. 그래서 2진법으로 5자리(5비트) 수(2의 5승=64가지) 이상 이어야 한다.
 실제 영문표기에는 알파벳 말고도 수많은 기호가 사용된다.
그래서 컴퓨터를 처음 만들 때 이들 알파벳과 기호를 모두 수용하고 또 저장 통로도 지정할 수 있도록 8자리(8비트) 수(2의 8승=256가지)로 하였다. 즉 각각 알파벳이나 각각의 기호를 2진법의 8자리(8비트, 8bit) 수로 나타낸다(ASCII 코드표에 0~213 종류의 문자를 표시하고 있음).
예를 들어 ASCII 코드표에서
문자 A(정보 65)는 01000001
문자 B(정보 66)는 01000010
문자 C(정보 67)는 01000011ㆍㆍㆍ
문자 0(정보 48)은 00110000
문자 1(정보 49)은 00110001
문자 2(정보 50)는 00110010ㆍㆍㆍ
로 대응시켜 이진법 수로 나타내고 있는데 문자 A를 컴퓨터 자판에서 치거나 화면에 나타난 것을 입력하면 컴퓨터는 01000001로 받아들여 처리하고 1은 00110001로 처리하는 것이다. 그렇다고 컴퓨터가 01000001이라는 숫자로 받아들여 작동하는 것이 아니고 전압의 높고 낮음(예, 10000001은 1회 전압이 높고 이어서 6회는 전압이 낮고 마지막 1회 전압이 높다.)으로 나타나는 2진법 논리로 회로가 작동한다는 것이다. 이와 같이 A라는 문자를 8자리인 8bit, 즉 1byte 단위로 전환하여 처리하는 것이다.
이렇게 하여 256가지 정보를 사용할 수 있다.
이와 같이 컴퓨터에서 정보의 기본단위로 사용하는 8자리(8비트) 수를 바이트(byte)라 한다.
 8자리(8비트) 수를 정보의 기본단위로 운영되는 컴퓨터를 8비트(bit) 컴퓨터라고 한다. 초기에 만들어진 컴퓨터에서부터 사용되어 모든 컴퓨터 정보의 기본단위이다.

3.  8비트, 16비트, 32비트, 64비트 컴퓨터 운영체제

 컴퓨터에서 계산 처리의 기본단위(2진수로 전환하는 단위)가 8비트이면 8비트 운영체제이고 16비트이면 16비트 운영체제, 32 비트면 32비트  운영체제, 64 비트면 64비트 운영체제이다.
처음 컴퓨터를 만들 때에는 8비트 운영체제로 시작하였지만 사용분야가 넓어지고 처리해야 할 정보량이 많아짐에  따라 처리속도가 더욱 빠른 운영체가가 필요하게 되었다.
 여러 나라의 문자를 인식해야 하고 특히 그림은 색뿐만 아니라 색의 좌표, 밝기 등을 함께 정보를 표시해야 한다.  색을 나타내는 요소가 한 가지만 달라도 다른 정보가 되므로 이를 모두 분리하면 8비트 컴퓨터의 256가지의 정보로는 부족하게 되었다. 우리가 쓰는 한글에서 낱글자인 자음, 모음의 24자는 8비트의 256가지의 정보 속에 포함되지 않는다. 그래서 두 정보를 묶어 하나의 정보로 한글의 각 자음, 모음을 나타내는 것이다.
예를 들면 다섯 손가락인 한 손이 컴퓨터의 정보 운영 체제라면 다섯 손가락은 5자리(5비트) 수로 32가지 정보를 표시할 수 있다. 표시할 정보가 40가지라면 손을 한번 사용해서는 나타낼 수 없다. 그래서 한 손을 두 번 연속 사용해야 40가지 경우의 수를 표시할 수 있는 것이다.
그런데 한 손을 두 번 사용하는 것보다는 두 손을 같이 사용하여 한 번에 표시하는 것이 빠를 것이다.
한 손의 다섯 손가락을 사용하는 것이 5비트 컴퓨터라면 양손의 열 손가락을 같이 사용하는 것을 10비트 컴퓨터라 할 수 있는 것이다.
 그리고 8비트 운영체제는 한 종류의 정보를 2진수 8자리로 처리한다. 이에 반해 16비트 운영체제는 2진수 16자리 수로 처리하는 것이다. 그러므로 16비트 운영체제는 한 번에 8비트 크기의 정보 두 종류를 처리한다. 32비트 운영체제는 한 번에 4종류의 정보를 처리하고  64비트 운영체제는 한 번에 8종류의 정보를 처리하는 것이다.
예를 들어 기관차가 한 번에 화차 1량을 끌고 가는 것보다는 2량을,  2량보다는 4량을 끌고 가는 운영체제가 더 많은 화물을 실어 나를 수 있다. 기관차가 화차 2량을 끌고 가는 체제로 운영되는 것이 1량을 끌고 가는 운영체제보다 2배로 화물을 많이 운반할 수 있다는 것은 아니다.  화물 양이 적어 1량씩만 끌고 가도 충분히 해결된다면 화차 2량씩 끌고 가는 것이 오히려 비효율적이기 때문이다. 그러나 화물량이 많아질수록 한 번에 여러 량을 끌고 가는 운영체제가 더 효율적인 것은 사실이다.
이와 같이 컴퓨터 운영체제가 8비트보다는 16비트, 16비트보다는 32비트, 64비트 운영체제를 사용하는 컴퓨터가 빠르고 소프트 프로그램을 개발하기도 좋을 것이다.
 컴퓨터 운영체제가 8비트에서는 그림을 나타내는 색,  색의 좌표, 밝기 등에서 한 가지 정보라도 다르면 주소 등을 새로 설정하여 다른 정보로 분리 처리함에 따라 그림의 처리 속도가 매우 느렸지만 32, 64비트 운영체제에서는 여러 정보를 한 번에 처리함에 따라 그림이 많이 사용되어 빠른 처리가 필요한 게임 등에는 32비트보다는 64비트의 운영체제가 환영받는 이유이다.
메모리의 단위는 다음과 같다.
1bit : 컴퓨터 메모리의 최소 단위
4bit = 1 nibble        
8bit = 1byte
1 WORD(32비트) : 컴퓨터 연산처리의 기본 단위(Half word: 2바이트=16비트 길이의 어드레스 지정 단위,
Full word: 4바이트=32비트 길이의 저장 기본단위,
Double word: 8 바이트로 cpu처리 단위)
1024 bytes = 1 Kbytes(Kb)
1024 Kbytes= 1 Mbytes(Mb)
1024 Mbytes = 1 Gbytes(Gb)
1024 Gbytes = 1 Tbytes(Tb)

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