SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

◎ 미리생각해보기

컴퓨터는 어떻게 데이터를 저장하고 처리할까요?

컴퓨터는 데이터를 표현할 때 0과 1, 두 가지 상태로 표현합니다. 컴퓨터는 논리 회로를 통해 연산하는 기계이기 때문에 이 논리 회로는 전기 신호를 통해 구분 가능합니다. 전기 신호는 켜져 있거나 꺼져있는 두 가지 상태로 표현됩니다. 즉, 꺼져 있으면 0, 켜져 있으면 1로 표현을 하는 것이고 이렇게 0과 1만으로 수를 표현하는 것을 이진수라고 합니다. 이때의 0과 1은 수치적 의미가 아니라 단순한 기호로 사용되어 정보의 두 가지 상태로 표현하는데 사용이 되는 것입니다. 0과 1은 비트(Bit)라고 부르며, 비트는 ‘Binary Digit(이진 숫자)’를 간단히 줄인 말입니다. 컴퓨터 내부에서는 텍스트, 이미지, 음성, 영상 등 모든 정보를 이진수로 표현합니다.

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

도안을 끼우거나 떼어낼 때 찢어지지 않도록 주의합니다.

도안의 이진수 카드로 생일 수를 연습해 본 후 비즈 아트를 완성합니다.

1. 이진수 카드를 이용하여 0~31까지의 수를 표현해봅니다.	2. 내 생일을 이진수로 표현해봅니다.

◎ 실험방법

3. 가방 고리의 링 부분에 우레탄 줄을 결합합니다.	4. 우레탄 줄을 두 가닥으로 하여 생일 이진수 순서로 구슬을 끼웁니다. 단, 구슬 3개를 남겨 두고 끼웁니다. ( 검정색=‘1’ , 흰색=‘0’ )

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

5. 우레탄 줄 두 가닥 중 한 가닥에 나머지 구슬 3개와 마감 O링을 차례로 끼웁니다. 다시 반대 방향으로 구슬을 꿰어 그림과 같이 완성합니다.	6. 우레탄 줄 두 가닥을 옭매듭으로 묶어줍니다. 매듭이 구슬 안쪽으로 들어갈 만큼 단단하게 2번 이상 묶어줍니다.

7. 매듭을 짓고 남은 우레탄 줄은 잘라냅니다.	8. 기호에 따라 마감 O링에 캐릭터 도안을 끼워줍니다. 이진수 비즈 아트 완성!

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 이진수 카드 5장으로 표현 가능한 십진수의 범위는 무엇인가요?

⇒ 0~31입니다.

2. 내 생일을 이진수로 표현해봅시다.

⇒ 예시 ) 12월 25일

	12 월					-	25 일
이진수 (점카드)						-
이진수 (숫자카드)						-
구슬 색깔						★

( 검정색 = ‘1’ 로 표현, 흰색 = ‘0’ 로 표현 )

◎ 원리이해

1. 십진수를 이진수로 표현하기

우리는 일상생활에서 십진수를 사용합니다. 우리가 사용하는 모든 십진수는 이진수로 변환할 수 있습니다. 일반적으로 이진법의 i번째 자리 수는 2i-1크기를 갖습니다. 각 자리수를 더하여 주면 십진수로 변환이 가능합니다. 예를 들어 이진수 11111(2)의 각 자리수를 더하여 십진수로 변환하면 31인 것을 확인할 수 있습니다.

이진법	11111(2)
십진법	1×20+1×21+1×22+1×23+1×24=31

예를 들어 이진수 10101(2)의 각 자리수를 더하여 십진수로 변환하면 21인 것을 확인할 수 있습니다.

이진법	10101(2)
십진법	1×20+0×21+1×22+0×23+1×24=21

즉, 십진수 0~31은 이진수 카드 5장으로 표현 가능합니다.

십진수	이진수 점의 수
점의 수
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	0	1
2	0	0	0	1	0
3	0	0	0	1	1
4	0	0	1	0	0
5	0	0	1	0	1
6	0	0	1	1	0
7	0	0	1	1	1
8	0	1	0	0	0
9	0	1	0	0	1
10	0	1	0	1	0
11	0	1	0	1	1
12	0	1	1	0	0
13	0	1	1	0	1
14	0	1	1	1	0
15	0	1	1	1	1
16	1	0	0	0	0
17	1	0	0	0	1
18	1	0	0	1	0
19	1	0	0	1	1
20	1	0	1	0	0
21	1	0	1	0	1
22	1	0	1	1	0
23	1	0	1	1	1
24	1	1	0	0	0
25	1	1	0	0	1
26	1	1	0	1	0
27	1	1	0	1	1
28	1	1	1	0	0
29	1	1	1	0	1
30	1	1	1	1	0
31	1	1	1	1	1

2. 이진 영상

디지털 이미지 중 가장 간단한 형태는 이진 영상(binary image)입니다. 이진 영상은 각 픽셀이 1비트(bit)로 이루어져 있으며 각 픽셀은 어두움(흑)과 밝음(백)의 두 가지 만을 1과 0으로 표현합니다. 쉽게 말해 각 픽셀에 LED를 달아 놓은 형태를 생각하면 됩니다. LED가 켜져 있고, 꺼져 있는 것을 1과 0으로 표현할 수 있습니다.

3. 비트(bit)와 바이트 (byte)

▷ 비트(bit) : 컴퓨터에서 처리하는 정보는 문자를 단위로 하여 표현합니다. 정보표현의 최소 단위가 비트입니다. 비트 하나로는 0과 1의 두 가지 표현만 가능합니다.

▷ 바이트(byte) : 컴퓨터가 처리하는 정보의 기본 단위로, 하나의 문자를 표현하는 단위입니다. 컴퓨터에서 정보를 표현하는 최소 단위가 비트였다면 여러 개의 비트를 모아 놓은 형태가 바이트입니다. 컴퓨터는 바이트 단위로 데이터를 저장하거나 명령어를 실행시키도록 설계되어 있습니다. 예를 들면, 8개의 비트를 묶어서 표현하며, 1바이트는 한 개의 문자(character)를 표현할 수 있기 때문에 1바이트를 1캐릭터라고도 합니다.

우리는 일상생활에서 10진수를 사용합니다. 그러나 컴퓨터는 이진 체계를 사용하여 정보를 표현합니다. 2개의 디지트(Digit)를 사용하기 때문에 이진 체계라고 부릅니다. 2개의 디지트는 각각 비트(bit)라고 불리는 0과 1을 이용합니다. 켜지고 꺼지게 하는 트랜지스터로 만든 메인 메모리 또는 축전지를 비트로 구현할 수 있습니다.

데이터가 전화선이나 라디오선으로 전달될 때 고음과 저음을 1과 0으로 사용합니다. 플로피 디스크(Floppy disc)나 하드디스크(Hard disc)와 같은 마그네틱 디스크(Magnetic)와 테이프(Tape)에서는 디스크 표면에 마그네틱 필드의 방향(위에서 아래로 또는 아래에서 위로)에 따라 비트를 나타냅니다.

[ 자기 매체가 0과 1을 기록/판독하는 원리 ]	[ 광학 매체가 0과 1을 기록/판독하는 원리 ]

CD, DVD는 비트를 광학적(Optical)으로 저장합니다. 비트가 저장된 표면의 특정 부분이 빛을 반사하거나 반사하지 않는 방식으로 정보를 표현합니다.

한 개의 비트는 많은 것을 나타낼 수 없기 때문에 8개 비트를 묶어 사용합니다.  8개의 비트는 0~255까지 나타낼 수 있습니다. 이 때 8개의 비트 묶음을 바이트(byte)라고 부릅니다. 컴퓨터 속도는 한 번에 처리할 수 있는 비트 개수에 영향을 받습니다. 예를 들어, 32비트 컴퓨터는 한 번에 32개의 비트를 처리한다는 의미입니다. 반면에 16비트 컴퓨터는 32비트의 수를 쪼개서 처리해야 하기 때문에 속도가 느립니다. 즉, 비트와 바이트는 컴퓨터가 숫자, 문자 등과 같은 모든 정보를 저장하고 전달하는데 사용됩니다.

학습목표

이진수 카드를 활용하여 내 생일을 표현해보고,

생일 이진수로 비즈 아트를 만들어봅시다.

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

컴퓨터는 어떻게 데이터를 저장하고 처리할까요?

◎ 미리생각해보기

이진수비즈아트도안(A4/1장), 검정색구슬(8개), 흰색구슬(8개),

별모양구슬(1개), 우레탄줄, 가방고리, 마감O링

◎ 실험준비물

1. 이진수 카드 5장으로 표현 가능한 십진수의 범위는 무엇인가요?

2. 내 생일을 이진수로 표현해봅시다.

◎ 실험결과 및 생각해보기

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점