[CS] 용어 정리

컴퓨터 내부의 언어 체계

• ASCII: 키보드상의 기호에 7비트 부여 (decimal기준 0 ~ 127)
• unicode: 기호에 16비트 부여하는 새로운 표준(현재는 21비트까지 확장)

• encoding: 유니코드는 문자코드마다 다른 인코딩 사용해서 변환

  • UTF-8: Unicode Transformation Format-8 bit: 모든 아스키 문자를 8비트로 표현해서 인코딩/ 하위호환성, 효율성 좋아서 널리 사용
• 색 인코딩: 웹페이지는 텍스트(주로 UTF-8 문자의 시퀀스로 이루어짐)를 표현 → hex triplet으로 텍스트 이용해서 색 표현 예:#ffff00

메모리, 디스크

• 레지스터: 클록을 공유하는 여러개의 D플립플롭을 한 패키지에 넣은 것

  • D플립플롭: 에지에 의해 데이터가 바뀌는 래치
• 버스: 비트를 이동시키는 수단
• RAM: 메모리 위치 중 어디나 random access해서 read, write 가능한 메모리 #

• ROM: 정확히는 write-once memory

  • 데이터 사용하려면 RAM으로 읽어들여야함
• 디스크 드라이브: 대량저장장치
• SSD: 디스크 드라이브 틀 안에 넣은 플래시 메모리

내부 구조

• CPU

  • ALU: 산술논리장치 arithmetic login unit
  • 수를 표현하는 비트가 명령어에 대해 어떤 연산자 적용할지 ALU가 결정
  • 실행장치: execution unit, conrtrol unit
  • 메모리의 정해진 장소에서 명령코드, 비트 가져와서 ALU에게 할 것 알리고, 결과를 메모리에 돌려줌

  • 명령어: 컴퓨터에게 어떤 것 할지 알려주는 비트패턴

    • PC: program counter. 메모리 위치 참조. 필요한 명령어의 메모리 위치를 PC가 실행장치에게 알려줌

프로그램, 메모리 관리

• 운영체제(운영체제커널): 여러 프로그램을 동시에 쓰기 위해 각 프로그램을 전환시켜주는 관리자 역할

• 프로세서는 보통 RAM으로 이루어진 메인메모리와 통신

  • 공간의 크기: 대용량 저장장치> 메인메모리> 레지스터
  • 속도는 반대
  • 캐시: 메인 메모리보다 크기는 훨씬 작지만 프로세서와 같은 속도로 작동

외부와의 상호작용(입출력, 네트워킹)

• 네트워킹

  • 인터넷: 여러 계층의 프로토콜이 모인 집합

  • TCP/IP

    • TCP: Transmission Control Protocol/ IP 위에서 패킷의 전송 조절
    • IP: Internet Protocol/ 패킷을 옮겨주는 역할
  • IP 주소
  • DNS

  • world wide web

    • TCP/IP 위에 만들어진 여러 프로토콜이 있고, 그 중 가장 많이 사용되는 것은 HTTP(HyperText Transfer Protocol)
    • HTTP 표준: 웹브라우저와 웹서버가 소통하는 방법 규정

데이터 구조와 처리

• 메모리 할당

  • 정적 static: 배열 같은 변수가 사용하는 메모리에 할당된 주소는 안 바뀜 <-> 동적 dynamic: linked list처럼 새 노드가 추가될 경우 힙에서 새로운 메모리 얻음
  • garbage collection: JS에서의 동적 메모리 할당 #
  • C에서의 포인터 대신 참조 사용(메모리 주소 노출 안함)

• database: 정해놓은 방식대로 모아놓은 데이터 모음

  • DBMS: 데이터베이스에 정보를 저장, 읽기하게 하는 프로그램
• 정렬: 정렬된 데이터의 검색 → 메모리 접근 횟수 줄여서 검색 빠름

• 샤딩 sharding(수평 파티셔닝 horizontal partitioning): 데이터베이스를 각각 다른 기계에서 실행되는 여러 개의 샤드로 나눠둠 → 요청 들어온 연산을 모든 샤드에 전달 → 컨트롤러가 결과 모음

  • 병렬적으로 수행 가능 → 성능 향상

컴퓨터는 어떻게 프로그램을 해석, 변환하는가

• 저수준 VS 고수준 언어

  • 저수준 low level: 컴퓨터가 이해하기 쉽게 작성된 프로그래밍 언어/현재는 특수한 경우 아니면 사용 안됨
  • 예: 기계어, 어셈블리어
  • 고수준 언어: 대부분의 프로그래밍 언어(추상화의 정도에 따라 결정)
  • 고수준 언어를 실행하는 방식: 인터프리트, 컴파일
  • 컴파일러: 소스코드 → 구체적인 기계에 맞는 기계어로 변환/번역처럼/컴파일언어의 예:C, C++

  • 인터프리터: 인터프리터 언어로 작성된 코드는 가상머신virtual machine에서 실행됨 #

    • 즉 별도의 변환 없이 통역처럼.
    • scripting language: 인터프리트되는 프로그래밍 언어/예: Python, Node.js, Java, HTML, CSS
    • 많은 언어들이 컴파일러, 인터프리터 모두 구현되어 있음

웹브라우저

• 웹 브라우저는 소스코드를 인터프리트 & 실행하는 가상머신의 역할 둘다 수행

• URL: 서버에게 HTTP프로토콜의 규정을 지켜서 URL(균일 자원 위치 지정자 Uniform Resource Locator) 통해 문서 요청

  • https://sunmin.netlify.app/?category=articles
  • scheme(https) + host(sunmin.netlify.app) + path(?category=articles)

• HTML: HyperText Markup Language

  • HyperText: 웹페이지 등 다른 대상에 대해 링크가 들어있는 텍스트
  • Markup: 텍스트(본문) 과 구분 가능한 mark의 추가가 가능한 시스템

• DOM(Document Object Model): 웹페이지에 대한 인터페이스. 웹브라우저는 문서를 DOM에 따라 처리

  • DFS로 해석

• Ajax (Asynchronous javascript and XML): 브라우저와 서버의 상호작용은 Ajax 통해 일어난다.

  • 서버는 Ajax엔진에 res를 주고, Ajax엔진은 사용자 인터페이스에 그 데이터를 줌. 즉 사용자 인터페이스와 서버가 분리되어 있기에 res받을 때마다 전체가 아닌 브라우저에서 바뀌는 부분에서만 빠르게 상호작용
  • 초기에는 소통하는 데이터 형식으로 XML 사용. 요즘은 JSON
• JSON 자바스크립트 객체 표기법 Javascript Object Notation: JS객체를 사람이 읽기쉬운 형식으로 표현

고수준 언어와 저수준 언어의 프로그래밍 방식 비교

• 터미널, 명령 프롬프트(command prompt), buffer, shell

  • 터미널을 열면 명령프롬프트가 보임 → 사용자가 input 입력 → 입력버퍼, 출력버퍼(buffer:FIFO데이터구조)사용 & echo(입력을 화면에 표시)
  • shell은 명령 해석기

병렬성, 비동기성(컴퓨터는 어떻게 한번에 많은 일을 할까)

• 운영체제, 프로세스, 스레드

  • 운영체제는 프로세스를 관리
  • 프로세스: 사용자공간 user space에서 실행되는 프로그램(운영체제에서 자원 할당받는 작업의 단위)
  • 서로 독자적인 메모리 가짐 → 다른 프로세스간의 공유 없음

  • 멀티프로세스: 하나의 프로그램 & 여러 개의 프로세스 → 각 프로세스가 하나의 작업 처리

    • 하나의 프로세스가 block되도 다른 프로세스에는 영향 안 미침
  • 스레드: static데이터와 힙을 공유하지만, 자체적으로 스택을 갖는 프로그램을 실행하는 단위
  • 프로세스의 자원 이용해서 작업 실행 (즉, 프로세스는 스레드의 컨테이너)

  • 멀티스레드: 하나의 프로그램 & 여러 개의 스레드 → 각 스레드가 하나의 작업 처리

    • 빠르다(스레드는 일반적으로 프로그램보다 저장할 컨텍스트가 작다 → context switching 빠르다), 스레드 간 자원 공유/ 하나의 스레드에 문제 생기면 전체 프로세스가 영향 받는다

• 락 대기

  • 블로킹: 시스템 상에서 락 할당 가능할 때까지 해당 프로그램 suspend
  • 논블로킹: 프로그램 실행되고나서 락을 받았는지 나중에 notify

• JS

  • JS는 싱글 스레드 → 특정 순서를 인터럽트(잠시 중단) 안됨
  • JS 인터프리터는 프로그래머에게 싱글스레드 모델 제공, 내부적으로는 멀티스레드 활용 #
  • 동작의 순서 제어 위해 비동기 사용: Promise, async-await

출처

• 한 권으로 읽는 컴퓨터 구조와 프로그래밍(2021, 조너선 스타인하트, 책만)
• https://www.ibm.com/docs/ko/rational-soft-arch/9.6.1?topic=page-asynchronous-javascript-xml-ajax-overview
• https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-process-and-thread/

더 알아볼 것

• RAM, ROM, 메모리
• 메모리, 힙, 스택, 스레드
• JS 싱글스레드, 멀티스레드
• process, thread
• 가상머신
• garbage collection