2진수와 비트

컴퓨터, 휴대전화, 그리고 전파망원경의 기록 장치는 모든 것을 0과 1 두 가지 숫자로만 다룹니다. 0과 1 하나를 비트(bit)라고 하고, 비트를 늘어놓아 수를 적는 방법을 2진수(이진수)라고 합니다. 이 페이지에서는 2진수를 읽고 쓰는 법, 16진수, 2의 거듭제곱, 그리고 bit와 byte를 헷갈리지 않는 법을 차근차근 살펴봅니다.

왜 이 수학이 필요할까?

전파교실의 여러 페이지에 이런 식이 나옵니다.

\[\Delta = \frac{V_{\max} - V_{\min}}{2^N}, \qquad 13 = 1101_{(2)}, \qquad \text{데이터 양(바이트)} = \frac{\text{기록 속도(bps)} \times \text{시간(s)}}{8}\]

첫째 식은 디지털변환 ADC 편에서 \(N\)비트로 전압을 몇 칸으로 나누는지, 둘째 식은 숫자 13을 0과 1로 적은 것, 셋째 식은 대용량 데이터 전송 및 수신 편에서 관측 데이터가 얼마나 쌓이는지 계산하는 식입니다. \(2^N\), 아래 첨자 \((2)\), 그리고 "8로 나누기"가 무엇인지 알면 세 식을 모두 읽을 수 있습니다.

① 10진수와 2진수 — 자리의 값이 다를 뿐입니다

우리가 쓰는 10진수는 0부터 9까지 10개의 숫자를 쓰고, 자리가 하나 올라갈 때마다 값이 10배가 됩니다. 예를 들어 \(345\)는 "100이 3개, 10이 4개, 1이 5개"라는 뜻입니다.

\[345 = 3\times100 + 4\times10 + 5\times1\]

2진수는 0과 1 두 개의 숫자만 쓰고, 자리가 하나 올라갈 때마다 값이 2배가 됩니다. 오른쪽 끝 자리부터 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128…의 값을 가집니다. 각 자리의 비트가 1이면 "그 자리 값을 넣는다", 0이면 "넣지 않는다"는 뜻입니다.

\[101101_{(2)} = 1\times32 + 0\times16 + 1\times8 + 1\times4 + 0\times2 + 1\times1 = 32 + 8 + 4 + 1 = 45\]

수 오른쪽 아래의 작은 \((2)\)는 "이 수는 2진수"라는 이름표입니다. 이름표가 없으면 \(10\)이 '십'인지 2진수 '일영'(=2)인지 알 수 없기 때문입니다. 2진수는 "일영일일영일"처럼 숫자를 하나씩 읽습니다.

비유: 1원, 2원, 4원, 8원, 16원, 32원, 64원, 128원짜리 동전이 한 개씩 있다고 해 봅시다. 어떤 동전을 낼지(1) 말지(0)만 정하면 0원부터 255원까지 어떤 금액이든 딱 한 가지 방법으로 만들 수 있습니다. 2진수가 바로 이 원리입니다.

디지털 통신 편에서는 13을 00001101로, 디지털변환 ADC 편에서는 2로 나누어 나머지를 모으는 방법을 보았습니다. 여기서는 또 다른 방법인 큰 자리부터 빼기를 해 봅니다.

🧮 계산 예시 — 10진수 200을 8비트 2진수로 바꾸기

상황: 8비트 ADC가 어느 순간의 전파 세기를 "200번 칸"으로 쟀습니다. 이 칸 번호를 0과 1로 적어 봅시다.

  1. 가장 큰 자리 128부터 봅니다. \(200 \ge 128\)이므로 128 자리는 1, 남은 값 \(200 - 128 = 72\) → 128원 동전을 냈다는 뜻입니다.
  2. \(72 \ge 64\)이므로 64 자리는 1, 남은 값 \(72 - 64 = 8\) → 64원 동전도 냅니다.
  3. \(8 < 32\), \(8 < 16\)이므로 32와 16 자리는 0 → 이 동전들은 너무 커서 내지 않습니다.
  4. \(8 \ge 8\)이므로 8 자리는 1, 남은 값 \(0\) → 다 냈으니 나머지 4, 2, 1 자리는 모두 0입니다.
  5. 모으면 \(200 = 128 + 64 + 8 = 11001000_{(2)}\) → 8개의 비트로 200을 적었다는 뜻입니다.

📐 수학 도움말: \(2^7 = 128\)은 2를 7번 곱한 값입니다. 8비트의 자리 값은 \(2^7, 2^6, \ldots, 2^1, 2^0\)이고, \(2^0 = 1\)로 약속합니다. 거듭제곱은 거듭제곱과 제곱근 편에서 자세히 다룹니다.

👉 정리: 가장 큰 자리부터 "넣을 수 있으면 1, 아니면 0"을 정하며 빼 나가면 2진수가 됩니다. 아래 스위치로 직접 확인해 보세요.

👉 비트 스위치를 눌러 켜고(1) 꺼(0) 보세요!

2진수
0000 0000
10진수
0
16진수
00
켜진 비트 수
0개
자리 값의 합
0

스위치를 눌러 보세요. 모든 비트를 켜면 255, 왼쪽으로 한 칸 밀면 값이 2배가 됩니다(넘친 비트는 사라집니다).

+1을 계속 눌러 보세요. 1인 자리에 1을 더하면 0이 되고 윗자리로 1이 올라갑니다(받아올림). 10진수에서 9 다음이 10이 되는 것과 같습니다. 255에서 +1을 누르면 8비트로는 256을 적을 수 없어 0으로 돌아갑니다(넘침, overflow).

② 16진수 — 2진수를 짧게 적는 방법

2진수는 자리가 너무 길어 사람이 읽기 어렵습니다. 그래서 비트 4개를 한 묶음으로 묶어 숫자 하나로 적는 16진수를 씁니다. 4비트로는 \(2^4 = 16\)가지를 나타낼 수 있으므로, 0~9 다음에 A(10), B(11), C(12), D(13), E(14), F(15)를 씁니다.

4비트와 16진수 한 자리의 짝
4비트0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111
10진수0123456789101112131415
16진수0123456789ABCDEF
8비트 11001000을 4비트씩 둘로 나누면 1100은 C, 1000은 8이 되어 16진수 C8이 되는 그림 1 1 0 0 1 0 0 0 8 + 4 = 12 8 C 8

\(11001000_{(2)} = \mathrm{C8}_{(16)} = 12\times16 + 8 = 200\)

16진수에서는 자리가 하나 올라갈 때마다 값이 16배가 됩니다. 그래서 \(\mathrm{C8}_{(16)} = 12 \times 16 + 8 = 200\)입니다. 프로그램에서는 아래 첨자 대신 앞에 0x를 붙여 0xC8처럼 쓰기도 합니다. 16진수 한 자리는 비트 4개, 두 자리는 비트 8개(1바이트)이므로 바이트 하나를 16진수 두 자리로 적을 수 있다는 점이 편리합니다.

더 알아보기 — 16진수로 적힌 MAC 주소 읽기

🧮 계산 예시 — 네트워크 카드의 MAC 주소 읽기

상황: 네트워크 카드 편에서 MAC 주소는 00:1A:2B:3C:4D:5E처럼 16진수 12자리로 쓴다고 했습니다. 이 가운데 1A는 어떤 수이고, 주소 전체는 몇 비트일까요?

  1. \(\mathrm{1A}_{(16)}\): 앞자리 1은 16의 자리, 뒷자리 A는 10이므로 \(1\times16 + 10 = 26\) → 이 칸에 담긴 수는 26입니다.
  2. 2진수로: 1 → 0001, A → 1010이므로 \(\mathrm{1A}_{(16)} = 0001\,1010_{(2)} = 16 + 8 + 2 = 26\) → 16진수 한 자리를 4비트로 바꾸어 붙이기만 하면 됩니다.
  3. 주소 전체: 16진수 12자리 \(\times\) 4비트 \(= 48\)비트 → 콜론(:)으로 나뉜 6칸이 각각 1바이트(8비트)입니다.
  4. 만들 수 있는 주소의 수: \(2^{48} = 281{,}474{,}976{,}710{,}656 \approx 2.8\times10^{14}\) → 약 280조 개라서, 전 세계 장치에 서로 다른 주소를 붙일 수 있습니다.

📐 수학 도움말: 16진수 자리 값은 오른쪽부터 \(16^0 = 1\), \(16^1 = 16\), \(16^2 = 256\)…입니다. \(2.8\times10^{14}\) 같은 표기는 큰 수·작은 수와 단위 편을 참고하세요.

👉 정리: 16진수는 2진수를 4비트씩 묶어 짧게 쓴 것일 뿐, 새로운 수가 아닙니다. 위의 스위치에서 앞·뒤 4비트가 16진수 두 자리로 바뀌는 것을 확인해 보세요.

통신보안 편의 해시 함수 SHA-256이 만드는 "256비트(16진수 64자리)"도 같은 계산입니다. \(256 \div 4 = 64\)자리입니다.

③ 2의 거듭제곱 — n비트로는 2ⁿ가지를 나타냅니다

비트 하나는 0 또는 1, 두 가지입니다. 비트가 2개면 00, 01, 10, 11의 \(2\times2 = 4\)가지, 3개면 \(2\times2\times2 = 8\)가지입니다. 비트가 하나 늘 때마다 가짓수가 2배가 되므로,

\[n\text{비트로 나타낼 수 있는 가짓수} = 2^n, \qquad \text{가장 큰 값} = 2^n - 1\]

가장 큰 값이 \(2^n\)이 아니라 \(2^n - 1\)인 이유는 0부터 세기 때문입니다. 8비트는 256가지이고, 0~255를 나타냅니다.

비트 수와 가짓수 — 이 사이트에서 만나는 예
비트 수 n가짓수 \(2^n\)쓰이는 곳
12켜짐/꺼짐, 예/아니요
24KVN 같은 전파망원경의 2비트 양자화(디지털변환 ADC), QPSK 한 심볼(디지털 통신)
41616진수 한 자리
82561바이트, 화면 한 색의 밝기 0~255(TV 방송 송출과 수신 원리)
101,024웹캠 화소 하나의 밝기(웹카메라 동작원리), \(2^{10} \approx 1{,}000\)
1665,536음악 CD의 소리 크기
2416,777,216화소당 24비트 색(빨강·초록·파랑 각 8비트)

\(2^{10} = 1{,}024 \approx 1{,}000\)은 아주 쓸모 있는 어림입니다. 비트가 10개 늘 때마다 가짓수는 약 1,000배가 됩니다.

더 알아보기 — 거꾸로, 몇 비트가 필요할까? (\(\log_2\))

"64가지를 구별하려면 비트가 몇 개 필요할까?"처럼 거꾸로 묻기도 합니다. 2를 6번 곱하면 64이므로 6비트입니다. 이것을 \(\log_2 64 = 6\)이라고 씁니다. \(\log_2 M\)은 "2를 몇 번 곱해야 \(M\)이 되나"라는 뜻입니다. 디지털 통신 편의 "한 심볼의 비트 수 \(= \log_2 M\)"이 이 계산입니다. 로그는 로그와 데시벨(dB) 편에서 다룹니다.

대용량 데이터 전송 및 수신 편의 TCP 창 크기 "65,535바이트"는 16비트 칸에 담을 수 있는 가장 큰 수 \(2^{16} - 1\)입니다.

🧮 계산 예시 — 24비트 색은 몇 가지일까?

상황: TV 방송 송출과 수신 원리 편에서 화소 하나는 빨강·초록·파랑 밝기를 각각 8비트로 적어 24비트를 쓴다고 했습니다. 화소 하나가 낼 수 있는 색은 몇 가지일까요?

  1. 한 색의 밝기: \(2^8 = 256\)단계 → 0(가장 어두움)부터 255(가장 밝음)까지입니다.
  2. 세 색의 조합: \(256 \times 256 \times 256 = 2^8 \times 2^8 \times 2^8 = 2^{24}\) → 빨강을 고르는 방법마다 초록, 파랑을 고르는 방법이 곱해집니다.
  3. 어림: \(2^{24} = 2^{10}\times2^{10}\times2^{4} \approx 1{,}000\times1{,}000\times16 = 16{,}000{,}000\) → 약 1,600만 가지입니다.
  4. 정확한 값: \(2^{24} = 16{,}777{,}216\) → 어림값과 약 5 % 차이로, 머릿속 계산으로 충분히 가깝습니다.

📐 수학 도움말: 밑이 같은 거듭제곱끼리 곱하면 지수를 더합니다(\(2^8\times2^8\times2^8 = 2^{8+8+8}\)). 지수 법칙은 거듭제곱과 제곱근 편에 있습니다.

👉 정리: 비트가 늘면 가짓수는 더하기가 아니라 곱하기로 늘어납니다. 24비트 = 약 1,677만 색입니다.

양자화 비트와 단계 수

디지털변환 ADC는 연속적인 전압을 \(2^N\)개의 계단(단계) 가운데 가장 가까운 것으로 바꿉니다. 같은 전압 범위를 더 많은 계단으로 나누면 계단 하나의 높이가 줄어, 원래 신호에 더 가까워집니다. ADC 편에서는 이 계단 높이를 그리스 문자 \(\Delta\)(델타)로 적습니다.

비트가 1개 늘면 계단 수는 2배, 계단 높이는 절반이 됩니다. 아래 슬라이더로 확인해 보세요.

단계 수 \(2^N\)
8
칸 번호 범위
0 ~ 7
계단 높이 Δ (−1 V ~ +1 V를 나눌 때)
0.25 V
원래 신호 양자화된 신호 계단 경계(8비트 이하일 때 표시)

전파망원경이 2비트(4단계)만으로도 잘 작동하는 이유는 디지털변환 ADC 편의 '좀 더 알아보기'에 있습니다.

④ bit와 byte, bps와 B/s — 8로 나누기

비트 8개를 묶은 것을 바이트(byte)라고 합니다. 단위 기호는 소문자 b가 비트, 대문자 B가 바이트입니다. 이 한 글자 차이로 값이 8배 달라집니다.

\[1\ \text{B} = 8\ \text{bit}, \qquad \text{바이트 수} = \frac{\text{비트 수}}{8}, \qquad \text{비트 수} = \text{바이트 수} \times 8\]
  • bps(bit per second, 초당 비트) — 통신 속도에 씁니다. 인터넷 "100 Mbps", 전화 "64 kbps"(디지털변환 ADC).
  • B/s(초당 바이트) — 파일을 내려받는 속도나 디스크 속도에 씁니다. 내려받기 창의 "12.5 MB/s" 같은 값입니다.
  • 그래서 100 Mbps 인터넷은 \(100 \div 8 = 12.5\ \text{MB/s}\), 64 kbps 전화는 \(64 \div 8 = 8\ \text{kB/s}\)입니다.

CCTV 편의 하루 저장량 식 분모에 있는 8, 대용량 데이터 전송 및 수신 편의 "200 MB/s는 1.6 Gbps"(\(200\times8 = 1{,}600\ \text{Mbps}\))도 모두 이 8입니다.

🧮 계산 예시 — 100 Mbps 인터넷으로 4.7 GB 파일 내려받기

상황: 집 인터넷 요금제가 100 Mbps이고, 4.7 GB(DVD 한 장 분량) 동영상 파일을 내려받으려 합니다. 가장 빠르면 몇 초 걸릴까요?

  1. 파일 크기를 비트로: \(4.7\ \text{GB} = 4.7\times10^9\ \text{B} \times 8 = 3.76\times10^{10}\ \text{bit}\) → 속도가 비트 단위이므로 파일도 비트로 맞춥니다.
  2. 속도: \(100\ \text{Mbps} = 10^8\ \text{bit/s}\) → 1초에 1억 개의 비트가 들어옵니다.
  3. 시간: \(\dfrac{3.76\times10^{10}}{10^8} = 376\ \text{s}\) → 약 6분 16초입니다.
  4. 만약 B와 b를 헷갈려 "100 MB/s"로 계산하면 47초가 나와 8배나 틀립니다.

📐 수학 도움말: G(기가)는 \(10^9\), M(메가)는 \(10^6\)입니다. \(10^{10} \div 10^8 = 10^{10-8} = 10^2\)처럼 거듭제곱끼리 나누면 지수를 뺍니다. 실제로는 오류 정정, 패킷 머리말 등 덧붙는 정보 때문에 이보다 조금 더 걸립니다.

👉 정리: 속도(bps)와 크기(B)의 단위를 먼저 비트로 맞춘 뒤 나눕니다. "b는 비트, B는 바이트, 그 차이는 8배"를 기억하세요.

더 알아보기 — 1 KB는 1,000일까, 1,024일까? (10진 접두어와 2진 접두어)

국제단위계(SI)의 접두어 k(킬로)는 정확히 \(10^3 = 1{,}000\), M(메가)는 \(10^6\), G(기가)는 \(10^9\)입니다. 그런데 컴퓨터 메모리는 2진수로 주소를 매기기 때문에 \(2^{10} = 1{,}024\)씩 묶는 것이 편해서, 오랫동안 "1 KB = 1,024 B"로도 써 왔습니다. 이 혼란을 없애려고 1998년 국제전기기술위원회(IEC)가 2진 접두어 Ki(키비), Mi(메비), Gi(기비), Ti(테비)를 따로 정했습니다.

10진 접두어(SI)와 2진 접두어(IEC)
10진 접두어값2진 접두어값2진이 큰 정도
kB (킬로바이트)\(10^3\) = 1,000 BKiB (키비바이트)\(2^{10}\) = 1,024 B약 2.4 %
MB (메가바이트)\(10^6\) = 1,000,000 BMiB (메비바이트)\(2^{20}\) = 1,048,576 B약 4.9 %
GB (기가바이트)\(10^9\) BGiB (기비바이트)\(2^{30}\) = 1,073,741,824 B약 7.4 %
TB (테라바이트)\(10^{12}\) BTiB (테비바이트)\(2^{40}\) = 1,099,511,627,776 B약 10.0 %
  • 통신 속도는 언제나 10진 접두어입니다. 1 Gbps는 정확히 \(10^9\) bit/s입니다.
  • 하드디스크·SSD 용량은 보통 10진 접두어로 표시합니다(1 TB = \(10^{12}\) B).
  • 메모리(RAM)와 일부 운영체제의 용량 표시는 "GB"라고 적어도 실제로는 GiB(\(2^{30}\))로 계산하는 경우가 많습니다.

이 사이트의 계산은 특별히 말하지 않으면 10진 접두어(1 TB = 1,000 GB)를 씁니다(CCTV 편 등). k는 소문자이고 2진 접두어 Ki의 K는 대문자라는 점도 다릅니다.

🧮 계산 예시 — 1 TB 하드디스크가 931 GB로 보이는 이유

상황: 1 TB 외장 하드디스크를 샀는데, 컴퓨터에 연결하니 "931 GB"라고 나옵니다. 고장일까요?

  1. 제조사의 1 TB: \(10^{12} = 1{,}000{,}000{,}000{,}000\ \text{B}\) → 10진 접두어로 적은 용량입니다.
  2. 운영체제의 1 "GB": \(2^{30} = 1{,}073{,}741{,}824\ \text{B}\) → 사실은 1 GiB로 계산합니다.
  3. 나누기: \(\dfrac{10^{12}}{2^{30}} = \dfrac{1{,}000{,}000{,}000{,}000}{1{,}073{,}741{,}824} \approx 931.3\) → 같은 바이트 수를 더 큰 묶음으로 세니 숫자가 작아진 것입니다.
  4. TiB로 세면 \(10^{12} \div 2^{40} \approx 0.91\ \text{TiB}\) → 약 9 % 작게 보입니다.

📐 수학 도움말: \(2^{30} = (2^{10})^3 = 1{,}024^3\)입니다. \(1{,}024 = 1{,}000 \times 1.024\)이므로 \(2^{30} = 10^9 \times 1.024^3 \approx 10^9 \times 1.074\)입니다.

👉 정리: 고장이 아닙니다. 바이트 수는 똑같고, 1,000으로 묶어 세느냐 1,024로 묶어 세느냐만 다릅니다.

✏️ 스스로 풀어 보기

  1. 2진수 \(10101010_{(2)}\)를 10진수와 16진수로 바꿔 보세요.
    정답 보기

    1인 자리는 128, 32, 8, 2이므로 \(128 + 32 + 8 + 2 = 170\)입니다. 4비트씩 나누면 1010 = A, 1010 = A이므로 16진수로는 \(\mathrm{AA}_{(16)}\)입니다(\(10\times16 + 10 = 170\)). 위의 스위치로 확인해 보세요.

  2. 웹카메라 동작원리 편에서 웹캠 ADC는 화소당 보통 10비트로 밝기를 잰다고 했습니다. 밝기는 몇 단계이고, 가장 밝은 칸의 번호는 얼마일까요?
    정답 보기

    \(2^{10} = 1{,}024\)단계이고, 0부터 세므로 가장 밝은 칸은 \(2^{10} - 1 = 1{,}023\)번입니다. 8비트(256단계)보다 4배 촘촘합니다.

  3. 50 Mbps로 1 GB(\(10^9\) B) 파일을 보내면 가장 빠르면 몇 초 걸릴까요?
    정답 보기

    \(10^9\ \text{B} \times 8 = 8\times10^9\ \text{bit}\), 50 Mbps \(= 5\times10^7\ \text{bit/s}\)이므로 \(8\times10^9 \div (5\times10^7) = 160\ \text{s}\), 2분 40초입니다.

🔗 이 수학이 쓰이는 곳

  • 디지털변환 ADC — \(\Delta = (V_{\max} - V_{\min})/2^N\), \(13 = 1101_{(2)}\), \(\text{S/N} \approx 6.02N + 1.76\ \text{dB}\), 전파망원경의 2비트 양자화
  • 디지털 통신 — \(00001101_{(2)} = 13\), 한 심볼의 비트 수 \(\log_2 M\)
  • TV 방송 송출과 수신 원리 — \(2^8 = 256\)단계 밝기, 화소당 24비트, 데이터 속도 = 화소 수 × 화소당 비트 × 초당 프레임 수
  • 웹카메라 동작원리 — 화소당 10비트·16비트, \(1280 \times 720 \times 16\ \text{bit} \approx 14.7\ \text{Mbit}\)
  • CCTV — 하루 저장량(GB) = 비트레이트(Mbps) × 86,400 ÷ (8 × 1,000)
  • 대용량 데이터 전송 및 수신 — 데이터 양(바이트) = 기록 속도(bps) × 시간 ÷ 8, TCP 창 65,535바이트
  • 네트워크 카드 — 48비트 MAC 주소 = 16진수 12자리
  • 통신보안 — SHA-256의 256비트 = 16진수 64자리

함께 보면 좋은 기초 수학: 거듭제곱과 제곱근(\(2^n\)과 지수 법칙), 로그와 데시벨(dB)(\(\log_2\)), 큰 수·작은 수와 단위(k, M, G 접두어), 수식 기호 읽기(아래 첨자 읽는 법).

핵심 정리

  • 2진수는 0과 1만 쓰고, 자리 값이 오른쪽부터 1, 2, 4, 8…로 2배씩 커집니다. 1인 자리의 값을 더하면 10진수가 됩니다.
  • 16진수는 2진수를 4비트씩 묶어 0~9, A~F로 짧게 적은 것입니다. 1바이트는 16진수 두 자리입니다.
  • n비트로는 \(2^n\)가지를 나타내고, 0부터 세므로 가장 큰 값은 \(2^n - 1\)입니다. 비트 1개가 늘면 양자화 단계 수는 2배, 계단 높이는 절반입니다.
  • b는 비트, B는 바이트(1 B = 8 bit)입니다. 100 Mbps는 12.5 MB/s입니다.
  • kB·MB·GB는 1,000씩, KiB·MiB·GiB는 1,024씩 커집니다. 통신 속도와 디스크 용량은 10진 접두어를 씁니다.

🧑‍🏫 선생님·학부모님을 위한 설명 도움말

원리 자세히 보기

  • 왜 하필 2진수일까? — 전자 회로에서는 전압이 "높다/낮다" 두 상태만 구별하는 것이 가장 쉽고 확실합니다. 잡음 때문에 전압이 조금 흔들려도 둘 중 어느 쪽인지는 잘 알 수 있습니다. 10단계를 구별해야 한다면 작은 흔들림에도 틀리기 쉽습니다.
  • 16진수는 사람을 위한 표기 — 컴퓨터 안에서는 모두 2진수이고, 16진수는 사람이 읽고 적기 쉽도록 4비트씩 묶어 보여 주는 것일 뿐입니다. 8진수(3비트씩 묶기)도 있지만 요즘은 바이트(8비트)와 잘 맞는 16진수를 주로 씁니다.
  • 음수는 어떻게 적을까? — 보통 '2의 보수'라는 방법을 써서, 8비트로 −128부터 +127까지 나타냅니다. 가짓수는 여전히 \(2^8 = 256\)가지입니다. 중학생 수준에서는 "가짓수는 그대로, 0의 위치만 가운데로 옮긴다"고 설명하면 충분합니다.
  • 스무고개와 비트 — "예/아니요" 질문 하나의 답이 정보 1비트입니다. 질문을 20번 하면 \(2^{20} \approx 100\)만 가지 가운데 하나를 맞힐 수 있습니다. 디지털변환 ADC 편의 SAR형 ADC가 바로 이렇게 범위를 절반씩 줄여 가며 답을 찾습니다.

비유로 설명하기

  • 2진수는 "1, 2, 4, 8…원짜리 동전이 한 개씩만 있는 지갑"입니다. 어떤 금액이든 동전을 낼지 말지만 정하면 딱 한 가지 방법으로 만들어집니다.
  • 비트는 "전등 스위치"입니다. 스위치 8개를 켜고 끄는 방법은 \(2^8 = 256\)가지입니다.
  • 16진수는 "긴 전화번호를 네 자리씩 끊어 읽는 것"과 비슷합니다. 번호가 바뀌는 것이 아니라 읽기 쉽게 묶을 뿐입니다.

자주 하는 오해

  • "8비트로 나타낼 수 있는 가장 큰 수는 256이다" — 가짓수가 256가지이고, 0부터 세므로 가장 큰 수는 255입니다.
  • "\(10_{(2)}\)은 십이다" — 2진수 10은 '일영'이라고 읽고 값은 2입니다. 아래 첨자 (2)를 꼭 확인하게 해 주세요.
  • "100 Mbps 인터넷이면 1초에 100 MB를 받는다" — b(비트)와 B(바이트)는 8배 차이라서 12.5 MB/s입니다.
  • "1 KB = 1,024 B가 맞고 1,000 B는 틀렸다(또는 그 반대)" — 둘 다 실제로 쓰입니다. SI 접두어 k는 1,000이고, 1,024를 뜻할 때는 KiB로 적는 것이 국제 표준입니다.
  • "비트가 많을수록 무조건 좋다" — 비트가 늘면 데이터 양도 늘어납니다. 전파망원경은 일부러 2비트만 쓰고, 그만큼 넓은 주파수 폭을 기록해 더 민감해집니다.

함께 해 볼 질문·활동

  • 손가락 2진수 — 오른손 엄지를 1, 검지를 2, 중지를 4, 약지를 8, 새끼손가락을 16으로 정하고 손가락을 펴면 1, 접으면 0으로 세어 보기. 한 손으로 0~31(\(2^5 = 32\)가지), 두 손으로 0~1,023(\(2^{10}\)가지)까지 셀 수 있습니다.
  • 2진 카드 마술 — 점이 1, 2, 4, 8, 16개 그려진 카드 5장을 만들고, 친구가 생각한 수(0~31)가 "들어 있는" 카드만 고르게 한 뒤 맞혀 보기 (참고 자료의 CS Unplugged 활동).
  • 집에 있는 USB 메모리나 하드디스크의 포장 상자 용량과 컴퓨터에 표시되는 용량을 비교하고, 위 계산 예시로 차이를 설명해 보기

본 교육자료는 Anthropic(Claude) 및 OpenAI(ChatGPT)를 활용하여 제작하였으며, 제작자가 내용을 검토·편집하였습니다. 주요 참고자료와 출처는 각 페이지의 「참고 자료 및 출처」에 명시하였습니다. 출처가 별도로 표기되지 않은 페이지와 참고자료에 포함되지 않은 내용은 제작자가 직접 작성하거나 정리한 것입니다. 내용에 오류가 있거나 수정이 필요한 사항을 발견하시면 kvnsite@kasi.re.kr로 알려 주시기 바랍니다.