4차 산업혁명 시대의 정보통신개론

1. 정보통신의 개념과 발전과정

정보통신의 개념 

컴퓨터를 이용한 정보처리 기술과 정보를 전달하는 통신 기술을 결합한 것이다.

즉 컴퓨터와 컴퓨터, 스마트폰과 스마트폰, 컴퓨터와 스마트폰 같이 여러 단말장치를 통신망에 접속하여 데이터를 전송하고 처리하며 교환하는 통신 체제를 의미한다.

정보전송시스템은 데이터의 이동을 담당하는데 단말장치, 정보 전송회선(신호 변환장치, 통신회선) 통신 제어장치 등으로 구성된다. 정보처리시스템은 데이터를 가공하거나 처리, 보관하는데, 컴퓨터 중앙처리장치, 기억장치, 입출력 장치와 주변 기기로 구성된다

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통신 기술의 발전과정 

전기통신 이전의 통신	전기통신 시대		정보통신 시대
원시통신	제1세대	제2세대	제3세대	제4세대
몸동작 언어, 물리적 도구 이용	전산	전화	데이터통신	통신과 컴퓨터기술 융합

 
 

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4차산업 혁명 시대의 특징과 핵심 기술 

4차 산업 혁명 시대는 초연결성과 초지능화의 특징을 가지고 있다.

4차 산업혁명의 핵심 요소는 개별적으로 발달한 각종 기술의 '융합'과 '속도'라고 할 수 있다.

융합하여 새로운 부가가치를 창출해 내고, 과거와는 비교할 수 없을 정도로 빠르게 진행되며,

인간 사회의 모든 분야에 큰 파급효과와 과장을 초래할 수 있다.

 
 

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2. 통신(정보전송) 시스템

 

전송 시스템 구성요소 기능 정리 

DTE는 디지털 데이터를 입출력하는 데 사용하는 장치이고, 
DCE는 DTE를 네트워크에 연결시켜주는 데이터 회선 종단장치이다.

 
정보통신 시스템은 크게 정보전송 시스템과 정보처리 시스템으로 구분할 수 있다.
정보전송시스템은 데이터를 전송하는 역할을 하고, 정보처리 시스템은 데이터를 가공 및 처리하여 보관하는 역할을 한다.

구성요소			기능
정보전송 시스템: 정보 전달(데이터 전송계)	통신 시스템	단말장치	정보의 입력과 수신
		신호 변환장치	변조와 복조
		통신회선	변환된 신호의 이동 통로나 통신망
		통신 제어장치	컴퓨터와 모뎀 사이에 위치하여 송수신되는 데이터를 처리하기 좋은 형식으로 변환
정보처리 시스템 : 정보를 가공, 처리, 보관	컴퓨터시스템	중앙처리장치	컴퓨터에서 입력되는 데이터를 가공, 처리, 축적, 수정, 변경, 추가
		기억장치와 입출력 장치	컴퓨터에서 데이터를 저장하는 저장장치와 입출력 장치로 구성

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인터페이스 데이터 단말장치(DTE)와 데이터 통신장치(DCE) 간의 접속 관계를 표시해 준다. 연결기(Connector, 커넥터와 케이블(Cable)로 구성되며, 연결기의 신호선 핀 배치에 따라 종류가 다르다. 이들 상호 간에는 기계적, 전기적, 기능적 특성이 맞아야 한다.

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신호변환장치: MODEM과 DSU의 차이 이해 

대표적인 신호 변환장치는 아날로그 전화선을 이용하는 MODEM과 디지털 전용회선을 이용하는 DSU가 있다.

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통신제어장치 기능 이해 

통신 제어장치는 주로 단말장치/ 컴퓨터와 모뎀 사이에 위치하며, 통신회선과 단말장치 사이를 연결하여 송신이나 수신되는 데이터를 처리하기 좋은 형식으로 바꾸는 역할을 한다.

 

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전송선로의 종류와 특징 정리 

구분	기능	종류	정보전송 수단	특징
유선선로	전화선과 동축 케이블은 정보전송 수단이 전기이며, 광섬유 케이블은 빛임	꼬임선(전화선)	전기(금속도체)	기후 조건(온도, 날씨 등)으로 감쇄현상 발생 지형에 따라 설치할 때 장애 발생 가입자만 데이터를 전달 할 수 있음 전선이 끊어질 수 있음 근거리 통신에 적합
		동축 케이블
		광섬유 케이블	빛
무선선로	무선선로는 안테나를 이용해 송수신하며 전송할 때는 안테나가 공기 등의 매체를 이용해 전자기파를 방출하고, 수신할 때는 주위 매체를 이용해 전자 기파를 끌어당김	마이크로파 (위성, 지상)	전파	지형, 재해와 관계없이 전송 가능 지형, 기호에 따라 전파방법이 다름 수신 범위가 넓어 많은 사람에게 데이터 전달 주파수 대역에서 전파법 규제를 받음 광대역 통신에 적합
		라디오파

 
위성마이크로파
지상 송신국에서는 안테나 빔을 이용하여 송신한 신호의 주파수 대역을 증폭하거나 재생하여 다른 주파수로 바꾼 후 
지상 수신국으로 송신한다. 이때, 통신위성은 어떤 주파수 대역을 수신(업링크)하여 증폭하거나 재생하여 송신(다운링크)한다.

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3. 컴퓨터(정보처리) 시스템

컴퓨터 하드웨어 구성요소 종류와 기능이해

 

컴퓨터 하드웨어는 중앙처리장치와 주변장치로 구성된다. 중앙처리 장치는 기억장치, 연산장치, 제어장치 등으로,

주변장치는 입력장치, 출력장치로 구성된다.

중앙처리장치는 연산 장치와 제어장치로 구성되는데, 연산장치는 논리 연산, 제어장치는 컴퓨터의 각 장치에 작업을 처리하는 순서를 지시하며, 주기억 장치에서 데이터를 가져와 실행 명령을 해석하여 제어 신호를 만든다.

주기억 장치는 수행 중인 프로그램과 필요한 데이터를 저장한다.

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언어 처리 프로그램(번역기)의 종류와 기능

종류	기능
컴파일러	원시 언어가 고급이고, 목적 언어가 저급이다
링커	재배치 형태의 기계어로 된 여러 개 프로그램을 묶어서 로드 모듈이라는 실행 가능한 하나의 기계어로 번역해준다.
로더	로더 모듈로 된 기계어 프로그램을 실제 실행가능한 기계어로 번역해서 주기억장치에 적재한다. 연결, 재배치, 할당, 적재
프리프로세서	원시 코드를 컴파일러에 인도 하기 전에 특정한 변수를 그것에 대응하는 정의된 문자열로 치환한다.
인터프리터	고급언어를 중간 코드까지만 번역해서 곧바로 실행시킨다.
어셈블러	원시 언어가 어셈블리 언어다.

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일정시간 모여진 변동 자료들을 어느 시기에 일괄적으로 처리하는 방법을 배치 프로세싱이라고 한다.
 

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DATA BASE 는 몇 개의 관련 있는 데이터 파일을 조직적으로 작성하여 중복된 데이터 항목을 제거한 구조이다

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시스템 소프트웨어 vs 응용 소프트웨어 시스템 SW의 종류 중심 정리

컴퓨터 소프트웨어는 시스템 소프트웨어와 응용 소프트 웨어의 두 가지 종류로 구분 가능하다.

응용소프트웨어는 사용자가 컴퓨터를 다양한 분야에 활용하기 위해 개발한 프로그램이다. 회계, 인사, 행정 등 일반 업무를 전산화하는 데 필요하다. 데이터 베이스, 운영 시스템, 통신 제어 프로그램 등이 있다

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진법변환: 2진수 -> 8진수/10진수/16진수 

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논리회로 개념과 기본 논리 게이트의 종류 

기본 논리 회로란 논리합, 논리곱, 논리부정 등의 연산을 실행하기 위한 회로이며, 논리 게이트라고 한다.

논리게이트는 논리 연산을 수행하는 전자회로 부품으로 하나 이상의 입력을 받아 결과를 0 또는 1로 출력한다.

AND(논리곱)

OR(논리합)

NOT(논리부정)

NAND(부정 논리곱)

NOR(부정 논리합)

XOR(배타적 논리합)

 

XNOR(부정 배타적 논리합)

 
 

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4. 정보전송 방식과 기술

신호속도/전송속도/변조속도 구하는 문제 

통신속도가 4,800 [baud] 일 때 한 개의 신호 단위를 전송하는 데 필요한 시간은?

통신속도가 4800 baud라는 것은 변조속도 B가 4800baud라는 것이며 B=1/T라는 식에 대입하면
4800=1/T

→ T=1/4800

통신속도가  2,000 bps인  회선에서  1시간  전송했을  때.  오류  비트수가  36bit였다면,  이  통신회선의  비트  오류율은?

비트 에러율 = 에러비트수 / 총 전송한 비트 수 = 36/(2000*3600) = 1/(2*10^5) = 5*10^(-6)

 표본화 정리에 의하면 주파수 대역이 60Hz~3.6kHz인 신호를 완전히 복원하기 위한 표본화 주기는?

 

샤논의 표본화 이론
어떤 아날로그 신호에서 파형에 들어 있는 최고 주파수를 2배 이상 더 많게 표본화했을 때
이 표본화된 신호에는 원래 신호에 있던 정보가 모두 들어 있어 원래의 아날로그 신호로 다시 복원할 수 있다

샤논의 표본화 이론에 따라 최고 주파수 3.6kHz의 2배인 7,2kHz. 의 표본화 주기는 1/7,200초

 

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샤논의 정의식에서 통신용량과 주요 변수와의 관계 이해

C = B × log2(1+S/N)bps

대역폭 = log2(1+신호/잡음)bps 

(B : 대역폭, C : 채널용량, S : 신호, N : 잡음

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양자화  잡음은 주로 PCM(펄스 부호 변조) 방식에서 발생한다.

펄스 부호 변조 방식은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 전송하는 것이다.

누화에 강하고 S/N비가 좋다.

 

PCM과정 : 표본화 →  양자화 → 부호화

표본화 : 연속적인 아날로그 신호를 입력으로 받아 불연속적인 진폭을 갖는 펄스를 생성하는 과정

양자화 : 표본화된 신호값을 미리 정해 둔 불연속한 유한 개의 값으로 표시하는 과정

부호화 : 양자화 과정에서 얻은 결과 정수값을 2진수로 변환하는 것

 

양자화는 PAM 신호를 0과 1의 이산적인 값으로 바꾸는 과정이다.

양자화 간격에 따른 분류는 선형, 비선형, 적응이 있다.

 

 

양자화 비트수가 6비트이면 양자화의 계단수는?

2^6 = 64

 

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채널 간의 상호 간섭을 막기 위해 보호 대역이 필요한 다중화 방식은 FDM(주파수 분할 다중화)이다.
주파수 분할 다중화는 하나의 전송로 대역폭을 작은 대역폭 여러 개로 분할하여 여러 단말기가 동시에 이용할 수 있게 하는 방식이다. 채널간의 완충 지역으로 가드밴드가 있어 대역폭이 낭비가 된다.
저속의 Data를 각각 다른 주파수에 변조하여 하나의 고속 회선에 신호를 싣는 방식이다.
주파수 분할 다중화기는 전송하려는 신호에서 필요한 대역폭보다 전송 매체의 유효 대역폭이 클 경우에 가능하다.
 
TDM은 시분할 다중화이고 각 채널은 전용 회선처럼 고속 채널을 독점하는 것처럼 보이지만 실제로 분배된 시간만 이용한다. CDM은 코드 분할 다중화(스펙트럼 확산 다중화) OFDMA는 직교 주파수 분할 다중 접속이다.
 

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디지털 변조 방식

ASK	진폭 편이 변조 회로구성이 간단하고 가격이 저렴하며, 잡음이나 신호의 변화에 약하며, 광섬유를 이용한 디지털 전송에서 사용되는 변조방식이다.
FSK	주파수 편이 변조
PSK	위상 편이 변조
QAM	진폭 위상 편이 변조

8진 PSK 신호에 5,000[Hz]의 대역폭이 주어졌을 때 보오율(baud rate)과 비트율(bit rate)은 각각 얼마인가?

ASK와 PSK에서 대역폭=보오율

→ 보오율 : 5000[baud/s]
N진 : 2^k k=3
5000 * 3 = 15000

→ 비트율 : 15000[BPS]

 

16진 PSK를 사용하는 시스템에서 데이터 신호속도가 12,400[bps]라면 변조속도는 얼마인가?

2^K =16

K =4

X *4= 12,400 [bps]

→ 변조속도 : 3,100[baud]

 

통신속도가 4,800[baud]일 때 한 개의 신호 단위를 전송하는데 필요한 시간은?

통신속도가 4800baud라는 것은 변조속도 B가 4800baud라는 것이며 B=1/T 라는 식에 대입하면
4800=1/T

→  T=1/4800

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다중화 장치

정적인 공동 이용 장치이다.

하나의 물리적 회선을 통하여 전송하는 시스템이다.

여러 개의 신호를 동시에 하나의 채널로 직렬로 전송하는 장치이다.

통신선로의 공사비가 절감된다.

회선 사용에 있어서 경제적이다.

통신회선의 유지보수가 용이하다.

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표본화 주파수가 높다는 것은 요구되는 채널의 용량이 커진다는것을 의미한다.

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통신회선 이용 방식: 회선 개수(2/4선식)와 방향(단/양방향)에 따라 구분

Full-Duplex는 동시에 수신이 가능하다.

구분	단방향	반이중	전이중
방향	한쪽은 송신만 다른 한쪽은 수신만	양방향 통신이 가능하나 동시에 송수신은 불가능	동시에 양방향 송수신 가능
선로	2선식	2선식	2 / 4 선식
사용예	라디오, 무선 호출, 지상파tv	휴대용 무전기, 전신, 텔렉스, 팩스	비디오텍스

 
 

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통신회선의 구성방식(토폴로지) 특징: 트리/버스/스타/메쉬 

 

트리형은 트리 형태로 연결되어 있어 데이터 분산처리 시스템에 사용하면 효율적이다.
버스형은 통신회선 하나에 각 노드가 분기 접속된 형태이다. 성형은 하나의 중앙 노드를 중심으로 단말 노드가 일대일이다.
망형은 주로 정보통신 네트워크에서 사용하고, 통신회선에 오류가 발행하면 다른 통신 회선의 경로를 이용하므로 분산된 자원을 공유하기가 쉽다.

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동기식 전송/비동기식 전송 방식 차이 이해 

데이터를 정확히 송수신하려면 서로 간에 동기가 잘 맞아야 한다.

비동기식 전송은 블록이 아닌 문자 단위로 동기 정보를 부여해서 보내고, 동기식 전송은 데이터를 문자가 아닌 블록 단위로 전송하는 방식이다.

비동기식 전송	송수신을 위해 사용되는 클록이 상대측과 서로 독립적으로 운용되는 전송방식	문자 단위로 동기 정보를 부여해서 보낸다. 전송 문자마다 시작 비트와 정지 비트를 지닌다. 전송속도는 보통 1,800bps 이하로 사용한다. 전송 문자 사이에는 일정하지 않은 휴지 간격이 존재한다.
동기식 전송	송수신을 위해 사용되는 클록이 상대측과 계속 서로 같은 주파수로 운용되는 전송방식	블록(프레임)으로 데이터를 전송한다. 시작 비트와 정지 비트 없이 출발과 도착 시간이 정확한 방식이다. 보낼 데이터가 없어도 항상 플래그를 보내 동기를 유지한다. 플래그와 같은 데이터 전송 시 투명성을 보장하기 위해 비트 스터핑 기법을 사용한다. 전송속도는 보통 2,000pbs 휴지 간격이 없다. 사용 단말기 버퍼 기능이 있어야 하며 장비가 복잡하다. 모뎀이 단말기에 타이밍 펄스를 제공하여 동기가 이루어진다. 전송 성능이 좋고 전송 대역이 좁다.
혼합형 동기식 전송	비동기식 전송의 특성과 동기식 전송의 특성을 혼합 (송신측과 수신측이 동기 상태를 유지하고 있어야 한다는 점을 제외하고는 비동기식 전송과 동일)	문자 단위로 동기 정보를 부여해서 보낸다. 전송 문자마다 시작 비트와 정지 비트를 지닌다. 전송 문자 사이에는 일정하지 않은 휴지 간격이 존재한다. 비동기식 전송보다 빠르고 동기식 전송보다 느림 보낼 데이터가 없어도 항상 플래그를 보내 동기를 유지한다.

정지비트는 비동기 전송 방식에서 문자를 해독해 처리하고 다음 문자를 수신할 수 있도록 준비시간을 할애하기 위한 목적의 비트이다.

문자동기/비트동기 방식 차이 이해

문자동기식 방식은 전송되는 데이터의 블록 앞에 특정 동기 문자인 SYN(00010110)을 붙여 동기를 맞추고, 실제 데이터 앞에는 STX, 뒤에는 ETX를 추가하여 데이터의 시작과 끝을 나타낸다
 
비트동기식 방식은 전송 단위를 일련의 비트 묶음으로 보고, 비트 블록의 처음과 끝을 표시하는 특별한 비트인 플래그비트를 추가해 전송한다. 대표적인 플래그 동기 방식은 HDLC라는 프레임 동기 방식으로, 플래그비트(0111110)를 사용해 데이터의 처음과 끝을 나타낸다. 클록을 사용하여 동기를 맞추는 방식이다.

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직렬/병렬 전송 방식의 특징 이해 

데이터를 전송하는 방식은 데이터를 보내는 방법에 따라 직렬 전송과 병렬 전송으로, 송수신 측 서로 간의 시간적 위치에 따라 비동기식과 동기식으로 나눌 수 있다.

직렬 전송	병렬 전송
전송속도가 느리다 전송로의 비용이 저렴 주로 원거리 전송에 사용 직렬과 병렬의 변환 회로가 필요 대부분의 데이터 전송시스템에서 사용	전송속도가 빠르다 전송로의 비용이 비쌈 주로 근거리 전송에 사용 직렬과 병렬의 변환 회로가 필요없음 strobe와 busy신호를 사용하여 데이터를 송수신 단말 장치에서 입출력 부호 형식으로 사용

 

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캐스트 방식 차이 이해