64비트 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 정보의 양, 엑사바이트
[작성일 : 2021년 6월 1일]
0 또는 1이 사용되는 하나의 자리를 비트(bit)라고 합니다. 비트코인의 비트가 바로 이것을 의미하는 것이라서, 최근 들어 더 자주 접하는 용어가 되었습니다. 이 포스팅에서는 컴퓨터 구성 요소에서 가장 중요한 CPU에 대해 한발짝 더 들어가 보도록 하겠습니다. 64비트 CPU가 처리할 수 있는 정보의 양을 가늠하기 위해 비트의 개념부터 시작해서, 정보의 양을 다루는 메가, 기가, 테라, 페타, 그리고 엑사와 같은 1000배씩 증가하는 접두어까지 살펴보겠습니다.
글의 순서
비트(bit), 바이트(byte)
이진법으로 만들어내는 경우의 수
32비트 CPU, 64비트 CPU 비교
큰 숫자를 끊어 읽기 위한 접두어 : 킬로, 메가, 기가, 테라, 페타, 엑사, 제타, 요타
비트(bit), 바이트(byte)
요즘엔 CPU가 대부분 64비트 규격으로 나옵니다. 64비트 규격이 대세가 되기 전에는 32비트 CPU가 쓰였습니다. 여기서, 비트(bit)는 컴퓨터에서 사용하는 가장 작은 정보의 단위이며, ‘binary digit’의 줄임말로 이진수란 뜻입니다. 이진수는 0과 1, 이렇게 2 개의 숫자로 구성되어 있습니다. 0 또는 1이 사용되는 하나의 자리가 비트인 것입니다.
비트 하나(1비트)에는 0, 1 이렇게 두 가지 다른 값을 저장할 수 있습니다. 그렇다면, 비트 두 개에는 몇 개의 값을 저장할 수 있을까요? 비트 두 개(2비트)에는 00, 01, 10, 11 이렇게 네 가지 다른 값을 저장할 수 있습니다. 이런 방식으로 비트 여덟 개가 모이면 1 바이트(byte)가 됩니다. 8비트는 1바이트입니다.
이진법으로 만들어내는 경우의 수
컴퓨터는 모든 정보를 이처럼 이진수(0 또는 1)로 처리합니다. 2비트로는 네 가지 다른 값을 저장할 수 있다고 말씀드렸는데요. 그렇다면, 3비트로는 몇 개를 만들 수 있을까요?
이진법은 모든 숫자를 0과 1로만 표현합니다. 그렇기 때문에 그 자리수가 늘어나면 한 번 더 2를 곱해서 표현 가능한 총 경우의 수를 알아낼 수 있습니다. 예를 들어 2진법에서 3비트로 표현할 수 있는 총 경우의 수, 즉 세 개의 자리로 표현할 수 있는 총 경우의 수는 2를 세 번 곱한 8이 됩니다. 2 × 2 × 2 = 8, 즉 2의 3승개입니다. 아래에서 조금 더 힌트를 얻어 보시기 바랍니다.
2비트와 3비트, 4비트를 비교해 보겠습니다. 맨 마지막 자리부터 0, 1을 번갈아 가면서 넣어보면 아래와 같이 쓸 수 있습니다.
▶ 2 비트 : 00, 01, 10, 11
▶ 3 비트 : 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111
▶ 4 비트 : 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110, 0111, 1000, 1001, 1010, 1011, 1100, 1101, 1110, 1111
어떤 법칙을 발견하셨을 텐데요. 2비트는 4가지의 다른 값을 저장할 수 있고, 3비트는 8가지의 다른 값, 4비트는 16가지의 다른 값을 각각 저장할 수 있습니다. 저장할 수 있는 값들은 2의 승수로 증가한다는 것을 발견할 수 있습니다. 그렇다면, 8비트는 몇 개의 다른 값을 저장할 수 있을 까요? 2의 8승 개, 즉 28 = 256 개의 값을 저장할 수 있습니다.
32비트 CPU, 64비트 CPU 비교
이제는 우리가 현재 사용하고 있는 컴퓨터에 들어있는 CPU를 살펴보겠습니다. 한때 32비트 CPU가 주류였는데, 2021년 현 시점에서는 거의 모든 컴퓨터의 CPU가 64비트 기반입니다.
32비트 CPU는 2를 32번 곱한 수, 즉 232 = 4,294,967,296 개의 값을 저장할 수 있습니다. 32비트 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 경우의 수는 약 42억 9천만 개입니다. 42억을 다른 말로 4.2기가라고 표현합니다. 한번에 4.2기가까지의 데이터만 처리할 수 있다는 것입니다. 같은 방법으로 64비트 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 경우의 수는 264 = 18,446,744,073,709,551,616개입니다. 무척 큰 숫자입니다. 10의 9승을 뜻하는 ‘기가’와 같이 2를 64번 곱한 수를 끊어 읽을 수 있는 용어를 정리해 보겠습니다.
큰 숫자를 끊어 읽기 위한 접두어 : 킬로, 메가, 기가, 테라, 페타, 엑사, 제타, 요타
우리가 사용하는 수 체계는 만개를 단위로 하고 있습니다. 이를테면, 만씩 증가할 때마다, 만, 억, 조, 경이라는 단위를 씁니다. 10000은 일만입니다. 1다음에 0이 8개가 되면 억이고, 0이 12개가 되면 조입니다. 경은 0이 16개일 때입니다. 만 배 될 때마다 새 단위가 나오는 우리 수 체계엔 네 자리마다 표시하는 게 편리합니다.
반면 영어권에서는 천배가 될 때마다 새 단위가 나옵니다. 현재 전 세계에서는 이 같은 수 체계를 사용합니다. 킬로, 메가, 기가, 테라, 페타, 등등. 세 자리마다 새 단위가 나옵니다. 지금부터는 데이터 처리, 데이터 전송, 디지털 정보 등에서 사용되는 단위 접두어(prefix)인 킬로, 메가, 기가, 테라, 페타 등에 대해 살펴보겠습니다.
컴퓨터 업계에서는 킬로바이트(kilobyte), 메가바이트(megabyte), 또는 기가바이트(gigabyte)라는 단위와 이에 해당하는 기호로 KB, MB, GB를 써 왔습니다. 이것은 2의 거듭제곱을 기반으로 합니다. 2의 10승, 다른 말로 2의 10 거듭제곱이 1024입니다. 마침 2의 10승은 1000과 비슷한 크기이기도 해서 1000을 뜻하는 접두어 “킬로”를 빌려와서 킬로바이트라고 적었습니다.
메가바이트(megabyte, MB)는 10의 6승(1,000,000) 바이트, 또는 2의 20승(1,048,576) 바이트를 뜻하는 단위입니다. 거듭제곱을 나타낼 때, 밑을 1000으로 하고 다시 쓰면, 메가바이트는 1000의 2승이 되며, 밑을 2의 10승인 1024로 하면, 메가바이트는 1024의 2승이 됩니다. 두 가지 방식을 혼용해서 사용하고 있습니다만, 메가바이트는 밑을 1000 또는 1024로 했을 때 지수가 2 라는 사실만 기억해주시기 바랍니다.
지수가 1일 때의 접두어를 킬로, 2일 때를 메가, 3은 기가, 4는 테라(tera), 5는 페타(peta), 6은 엑사(exa), 7은 제타(zetta), 8은 요타(yotta)입니다. 지수 1부터 8까지를 기호로 나타내면 각각 KB, MB, GB, TB, PB, EB, ZB, 그리고 YB 입니다.
이제 64비트 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 경우의 수인 264 = 18,446,744,073,709,551,616는 1000 자리 마다 찍히는 쉼표가 6개이니, 필요한 접두어는 엑사입니다. 다시말하면, 64비트 CPU는 한번에 약 18.4 엑사바이트까지의 데이터를 처리할 수 있습니다.
마치며 …
이 포스팅에서는 컴퓨터 구성 요소 중 CPU가 처리할 수 있는 정보의 양에 대해 알아보았습니다. 디지털 컴퓨터가 처리하는 정보는 0과 1을 나타내는 이진수에 기반하고 있습니다. 이진수 한 자리인 1비트가 2개의 정보를 담을 수 있다는 것에서부터 시작해서, 64비트 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 경우의 수는 2의 64승개라는 것까지 살펴보았습니다.
천배가 될 때마다 나오는 새 단위의 접두어는 1000의 1승인 킬로부터 시작합니다. 1000의 2승일 때의 접두어는 메가, 3승은 기가, 4승은 테라, 5승은 페타, 6승은 엑사, 7승은 제타, 8승은 요타입니다. 64비트 CPU가 한 번에 처리할 수 있는 경우의 수는 2의 64승 개이며, 이는18,446,744,073,709,551,616이므로, 약 18.4 엑사바이트라고 할 수 있습니다.
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참고자료
[1] 이종필(2020.04.09.), [전문가의 세계 – 이종필의 과학자의 발상법](2)‘수학이란 외국어’ 숫자 끊어읽기부터 불편…익숙해져야 과학이 보인다, 경향신문
[2] [wikipedia] Binary prefix