디지털

3. 역사

1938년 이후 '디지털'이라는 용어는 (이전의 아날로그 컴퓨터와 대조되는) digit(※) 방식의 (십진법 이외, 전형적으로 이진법 방식의) 컴퓨터를 형용하기 위해 사용되기 시작했다.^[17]

::(※) 영어의 "digit"에는 "십진법 이외, 특히 이진법으로 표현된 요소"라는 의미가 있다.^[18]

1940년대 전반에는 오늘날 디지털 방식이라고 불리는 장치가 아직 연구 초기 단계였으며, 아날로그 방식과 대조하여 "펄스(식)"라는 표현으로 형용되었다. 그러나 엔지니어 조지 스티비츠는 "펄스(식)"으로는 이 장치의 동작 프로세스가 적절하게 표현되지 않는다고 생각하여, "디지털"이라고 표현하는 것이 더 좋다고 지적했다. (1942년 4월에 개최된 과학연구개발국(OSRD)의 부서 회의에 참석한 후). 이로 인해 "디지털"이라는 용어가 비아날로그 방식의 컴퓨터를 가리키는 데 사용되게 되었다. 스티비츠는 전기 기계식 릴레이를 스위치 소자로 사용한 불 대수 디지털 회로를 1930년대부터 1940년대에 걸쳐 개발한 인물로, "디지털 컴퓨터의 아버지"라고 불리기도 한다.

1986년에는 세계 정보 저장 기술 용량의 1% 미만이 디지털이었고, 2007년에는 이미 94%였다고 추산된다.^[3] 2002년은 인류가 아날로그 형식보다 디지털 형식으로 더 많은 정보를 저장할 수 있게 된 해로, "디지털 시대의 시작"으로 간주된다.^[4][6]

디지털 신호는 일반적으로 현대 전자 및 컴퓨팅에 사용되는 이진 전자 디지털 시스템과 관련되어 있지만, 디지털 시스템은 실제로 오래되었으며 이진 또는 전자일 필요는 없다.

• DNA 유전 코드는 자연적으로 발생하는 디지털 데이터 저장 방식이다.
• 기록된 텍스트 (제한된 문자 집합과 이산 기호(대부분의 경우 알파벳)를 사용)
• 주판은 기원전 1000년에서 기원전 500년 사이에 만들어졌으며, 이후 계산 빈도의 한 형태가 되었다. 오늘날에는 줄에 있는 구슬을 사용하여 숫자를 나타내는 매우 발전된 기본적인 디지털 계산기로 사용할 수 있다. 구슬은 아날로그 중간 상태가 아닌 이산적인 위쪽 및 아래쪽 상태에서만 의미가 있다.
• 등대는 두 가지 상태(켜짐과 꺼짐)만 있는 가장 간단한 비전자 디지털 신호일 것이다. 특히 연기 신호는 아날로그 "운반자"(연기)가 담요로 변조되어 정보를 전달하는 디지털 신호(퍼프)를 생성하는 가장 오래된 디지털 신호의 예 중 하나이다.
• 모스 부호는 점, 대시, 문자 내 간격(각 점 또는 대시 사이), 짧은 간격(각 문자 사이), 중간 간격(단어 사이), 긴 간격(문장 사이)의 여섯 가지 디지털 상태를 사용하여 전기 또는 빛과 같은 다양한 잠재적 운반체를 통해 메시지를 보낸다. (예: 전신이나 깜빡이는 빛)
• 점자는 점 패턴으로 렌더링되는 6비트 코드를 사용한다.
• 깃발 신호는 특정 위치에 놓인 막대 또는 깃발을 사용하여 멀리서 지켜보는 수신자에게 메시지를 보낸다.
• 국제 해상 신호기는 알파벳 문자를 나타내는 독특한 표시를 가지고 있어 배가 서로 메시지를 보낼 수 있다.
• 최근에 발명된 모뎀은 아날로그 "운반자" 신호(예: 소리)를 변조하여 일련의 이진 디지털 음향 펄스로 이진 전기 디지털 정보를 인코딩한다. 이와 유사한 개념으로, 초기 가정용 컴퓨터에서 자기 카세트 테이프에 일련의 오디오 디지털 "신호" 및 "신호 없음" 정보(즉, "소리" 및 "침묵")를 묶어 사용하는 방식이 있었다.

4. 특징

디지털 정보는 아날로그 정보와 비교하여 다음과 같은 특징을 갖는다.

• 동기화: 디지털 정보는 기호의 순서에 의해 전달되므로, 순서의 시작을 결정하는 방법이 필요하다. 인간의 언어에서는 쉼표, 대문자, 구두점 등으로, 기계 통신에서는 특수한 동기화 시퀀스를 사용한다.
• 언어: 디지털 통신에는 송신자와 수신자가 미리 알고 있어야 하는 ''형식 언어''가 필요하다. 이 언어는 기호 시퀀스에 할당할 의미, 허용되는 값의 범위, 동기화 방법 등을 지정한다.
• 복사: 디지털 통신은 오류가 거의 없으므로 복사본을 무기한으로 만들 수 있다.
• 세분화: 연속적인 아날로그 값을 디지털로 표현할 때는 값을 나타낼 기호의 수를 선택해야 한다. 기호의 수는 데이터의 정밀도 또는 해상도를 결정하며, 실제 값과 디지털 표현의 차이를 ''양자화 오류''라고 한다.
• 압축: 디지털 데이터는 압축이 가능하다. 압축을 통해 정보를 보내는 데 필요한 대역폭을 줄일 수 있다. 예를 들어, 디지털 텔레비전 신호는 압축을 통해 더 많은 채널을 제공한다.^[6]

4. 1. 잡음 내성

4. 2. 오차

• 1991년, 미국의 패트리어트 미사일은 시간 계산 오차로 오작동하여 인명 피해가 발생했다.^[26]
• 1996년, 유럽우주국(ESA)의 아리안 5호 로켓은 발사 40초 만에 폭발했다. 이 사고로 10년의 개발 기간과 70억달러의 개발비, 5억달러 상당의 장비가 손실되었다.^[26] 이는 로켓의 관성 기준 장치(IRS) 소프트웨어가 64비트 부동소수점 수(수평 속도)를 16비트 정수로 변환하려다 16비트 정수 최댓값(32768)을 초과하여 발생한 문제였다.^[26]

5. 수치 표현

컴퓨터 CPU 내에서는 숫자를 표현하기 위해 이진법을 사용한다.^[19] 이진수는 0과 1의 조합으로 표현되며, 각 자릿수를 비트라고 부른다.

디지털 컴퓨터에서 이진법을 사용하는 이유는 음수 표현과 관련이 있다. 비트열의 각 비트를 반전시켜 '1의 보수'를 얻고, 여기에 1을 더하면 '2의 보수'를 얻는다.^[20] 어떤 수와 그 수의 2의 보수를 더하면 최상위 자릿수에서 자리올림이 발생하지만, 유한한 자릿수만 있는 가산기에서는 이 자리올림이 무시되어 결과가 0이 된다.^[20] 디지털 컴퓨터 CPU의 연산기에서 원래 수의 2의 보수는 "0 - 원래 수 = - 원래 수"를 의미한다.^[20] 이러한 성질을 이용하면 뺄셈 A-B를 "A+(-B)", 즉 "A+(B의 2의 보수)"로 바꿔 쓸 수 있다. 음수에 2의 보수를 사용하면 뺄셈을 덧셈처럼 처리할 수 있어 연산 회로를 간소화할 수 있다.^[20]

CPU는 이진수로 동작하지만, 사람이 사용하는 십진법 수를 다룰 때는 십진수를 이진수로 변환하는 기수 변환을 수행한다.^[20] 이러한 변환은 키보드로 숫자를 입력하거나 계산 결과를 십진수로 표시할 때 이루어진다.

유한한 길이의 비트열을 다룰 때, 산술 연산 결과가 비트열 길이에 맞지 않는 산술 오버플로우가 발생할 수 있다.

5. 1. 고정소수점과 부동소수점

6. 디지털 변환

음성이나 영상처럼 연속적인 대상을 디지털 컴퓨터로 다룰 때, 입력 신호에 대해 표본화 및 양자화 처리를 하여 그 특징량을 수치화한다. 표본화는 입력 데이터를 적당한 구분으로 나누고 각 구분의 대표점을 취하는 것이고, 양자화는 대표점의 값을 이산적인 수치에 대응시키는 것이다.

원 신호에 대한 충실도는 표본화의 샘플링 레이트와 양자화의 스텝폭 및 스텝 수에 의존한다. 디지털화된 신호는 샘플링 레이트가 높을수록, 또 스텝폭이 작을수록 원 신호에 대해 충실하다. 한편, 데이터 압축의 관점에서는, 필요 최저한의 충실도를 유지하면서 더 낮은 샘플링 레이트, 더 적은 스텝 수로 부호화하는 것이 요구된다.

마이크로컨트롤러는 외부 아날로그 입력(전압의 연속적인 변화)을 받아 디지털 값으로 변환하는 기능을 갖추고 있으며, 디지털 신호 프로세서도 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 역할을 담당한다.

아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 것을 “디지털화” 또는 “디지타이즈”라고 한다.^[2]

6. 1. 기호-디지털 변환 (Symbol-to-Digital Conversion)

7. 디지털 데이터의 상태

디지털 데이터는 정지 상태 데이터, 전송 중 데이터, 사용 중 데이터의 세 가지 상태로 존재한다. 기밀성, 무결성, 가용성은 데이터 생성부터 파기까지 전체 수명 주기 동안 관리되어야 한다.^[5]

8. 한국어 표기

영어 단어 digital^영어의 음차로 일반적으로 “디지털”과 “디지탈” 두 가지 표기가 사용된다.

일본공업규격(JIS X 0001, JIS X 0005) 등에서는 “디지탈”이라는 표기가 사용되고 있다(“디지탈 계산기”, “디지탈화하다”, “디지탈 데이터” 등).

“디지탈”과 “디지털” 사이에서 표기가 흔들린 요인으로, 1955년에 문부성이 발행한 『국어 시리즈 27 외래어의 표기 자료집』의 영향이 고려된다.^[27]

1960년대부터 1970년대의 전문서에서는 디지탈 표기가 압도적으로 사용되었다. 1960년대의 일반 신문에서는 최첨단 기술이었던 전자 계산기는 “디지탈형”, “디지탈 전자 계산기”라고 쓰여졌다.^[27]

하지만, 일반인이 사용하는 관용적인 표기로서는 “디지털”이 1970년대 말까지 정착하여, 현재는 그쪽이 계속 사용되고 있다.^[27] “디지털”이라는 표기가 널리 퍼진 이유 중 하나는 시계의 광고이며, 1965년 도쿄 시계 제조의 플랩 디스플레이 시계의 신문 광고에는 “도쿄 디지털”이라고 있었고, 1968년에 소니가 “디지털 24”라는 명칭의 플랩 디스플레이 시계식 시계 라디오 일체형 제품을 발매했다. 1970년대 후반에는 디지털 손목시계의 붐으로 광고에는 “디지털”이라는 글자가 춤을 추었고, 1978년에 카시오 계산기가 야마구치 모모에를 기용한 CM에서 야마구치가 부르는 “디지털은 카시오”라는 문구가 유행하여, 이 결과, 학술 분야 이외에서는 디지털이라는 단어로 급속하게 고정되었다.^[27]

광명사전 제3판(1983년) 및 제4판(1991년)은 디지털이 디지탈을 참조하도록 되어 있었지만, 역으로 된 것은 1998년의 제5판이었다.^[27]

덧붙여, 상술한 복잡한 경위에 의해 “디지털 네이티브”와 같이 서로 다른 시대의 표기법이 공존하고 있는 복합적인 외래어도 나왔다.^[27]

참조

_[1] 서적 Computing: A Concise History MIT Press 2012-06-29
_[2] 서적 Wirtschaftsinformatik-Lexikon https://books.google[...] Walter de Gruyter GmbH & Co KG 2014-08-29
_[3] 간행물 The World's Technological Capacity to Store, Communicate, and Compute Information https://www.science.[...] 2011-02-10
_[4] 웹사이트 video animation on The World's Technological Capacity to Store, Communicate, and Compute Information from 1986 to 2010 https://www.youtube.[...] 2013-11-06
_[5] 웹사이트 The three states of information https://www.ed.ac.uk[...] 2021-02-21
_[6] 서적 Understanding digital culture Sage Publications
_[7] 문서 デジタル大辞泉【デジタル】
_[8] 서적 Q&Aで読み解く情報通信技術の進化 2019
_[9] 문서 IT用語辞典e-word【デジタル】
_[10] 서적 日本商工会議所 EC実践能力検定試験 2級 公式テキスト
_[11] 서적 図解電子用語の基礎解說 枝術評論社 1982
_[12] 문서 精選版 日本国語大辞典【デジタル】
_[13] 문서 広辞苑第六版【デジタル】
_[14] 웹사이트 Merriam Webster【digital】 https://www.merriam-[...]
_[15] 문서 精選版 日本国語大辞典【デジタル】
_[16] 웹사이트 Merriam Webster【analog】 https://www.merriam-[...]
_[17] 웹사이트 https://www.etymonli[...]
_[18] 웹사이트 Merriam Webster, 【digital】 https://www.merriam-[...]
_[19] 문서 デジタルコンピュータも、SoCなど種類によっては、AD/DA変換回路などとアナログ信号処理の回路を持つ場合があるので、コンピュータ内の全回路すべてがデジタル方式だけとは限らないが、一般にCPUの演算器やレジスタがデジタル方式になっていれば、一部にアナログ信号処理用の回路が含まれていても、デジタルコンピュータと呼ばれる。
_[20] 서적 基本情報技術者 標準教科書 オーム社
_[21] 웹사이트 https://www.etymonli[...]
_[22] 웹사이트 Merriam Webster, 【digital】 https://www.merriam-[...]
_[23] 서적 エンジニアが生き残るためのテクノロジーの授業 変化に強い人材になれる技術と考え方 2016
_[24] 웹사이트 https://www.aps-web.[...]
_[25] 서적 2020年版　基本情報技術者　標準教科書 オーム社
_[26] 서적 まつもとゆきひろ コードの世界 日経BP 2009
_[27] 뉴스 「ゲーム」はいつから当たり前に「テレビゲーム」などを指すようになった? 「デジタルゲーム」という言葉の歴史から調べてみた https://news.denfami[...] マレ 2020-10-08
_[28] 문서 표준어로 숫자식(數字式)을 뜻함.