기초개념

 

 

디지털 논리회로를 공부하기 위한 기본적인 개념을 다진다.

 

 

참고자료

˙ 디지털 디자인 (Digital Design) 제 6판, 퍼스트북

˙ 디지털 시스템 원리 및 응용 제 10판, 가디언 북 

 

1. 수의 표현

2. 시스템

3. 디지털 수 체계

4. 2의 양의 표현

5. 디지털 / 논리회로

6. 병렬 / 직렬 전송

7. 기억장치

8. 컴퓨터

9. CPU

 

 

1. 수의 표현

우리가 인식하는 수는 크게 아날로그와 디지털로 구분된다.

아날로그의 경우 값이 연속적로 변화하며 비례하는 표시기에 의해 표현되며, 측정, 처리하는 물리적인 양은 이에 비례하는 전기적 신호로 변환된다. 그러므로 계측자의 판단에 따라 값이 읽히게 되므로, 읽히는 값이 일정하지 않다는 특징이 있다. 

반대로 디지털의 경우 비연속적으로 변화, 비례적 양이 아닌 자릿수라는 기호에 의해 표현된다.  이는 연속적으로 변화하는 양을 제한적인 정밀도의 수로 나타낸 결과이다. 기호에 의해 표현되며, 계측자에 상관없이 일정하게 모호함 없이 읽힌다는 특징이 있다.

 

 

2. 시스템

아날로그 시스템의 경우 아날로그 형태로 표현되는 물리적 양을 다루는 장치들로 연속적인 범위에 걸쳐 변하는 값을 다룬다.

디지털 시스템의 경우 디지털 형태로 표현되는, 이산적인 값의 형태만을 띌 수 있는 물리적 양이나 정보를 다루기 위해 설계된 장치들의 조합으로 대부분 전자적이지만, 기계적, 자기적 또는 공기압을 사용할 수 도 있다.

 

디지털의 장점으로는 아래와 같다.

1. 쉬운 설계 : 스위칭 형태로 회로의 전압, 전류의 정확한 값이 필요없다. HIGH / LOW의 차이만 필요할 뿐이다.

2. 용이한 정보저장 : 특수한 소자를 이용해 디지털 정보를 원하는 기간동안 내용대비 저은공간에 유지할 수 있다.

3. 높은 정확성과 정밀도 : 디지털화된 정보를 전송시 왜곡이 없다.

4. 프로그래밍 가능한 동작 : 프로그램의 디지털 설계가 용이하다.

5. 적은 잡음의 영향 : 잡음이 HIGH / LOW 구별에 영향을 줄 만큼 심각하지 않는 한 회로에 영향을 주지 못한다.

6. IC칩을 이용한 회로구성 : 많은 디지털 회로에서 IC칩을 이용하므로, 아날로그 방식에서는 불가능한 고밀도 집적이 가능하다.

 

디지털의 단점으로는 아래와 같다.

1. 실세계는 아날로그 이다. : 대부분의 물리저 양은 본래 아날로그 이며, 아날로그의 디지털 기술을 이용한 입 / 출력이 복잡하다.

2. 디지털화된 신호에 많은 시간이 필요하다. : 아날로그 - 디지털 상호변환도 많은 회로와 비용이 필요하다.

 

 

3. 디지털 수 체계

평소 사용하는 10진수 체계는 아래와 같다.

10진법 : 0~9까지의 기호로 수를 표현

10개의 자릿수를 이용해 기수 10 표기법이라고 한다.

위치에 의해 값이 결정되는 위치 값 체계이다.

10진 계수 : N개의 자리는 0 포함 10^N개 수를 계수할 수 있다.

 

디지털에서 사용되는 2진수 체계는 아래와 같다.

2진법 : HIGH / LOW 가 0 / 1 과 같아 회로설계가 쉽다.

디지털 시스템에서 기본적인 수 체계로 사용한다.

2진수 여러 자리의 조합으로 2^N진수로 사용이 가능하다.

위치 값 체계가 적용된다.

2진 계수 : N개의 자리는 0 포함 2^N개 수를 계수할 수 있다.

 

 

4. 2의 양의 표현

0 / 1 을 HIGH / LOW 로 사용하려 2가지 동작으로 구분한다.

하지만 아날로그 신호는 2가지로만 구성되어있지 않아, 0과 1로 인식할 수 있도록 입력받는 아날로그를 범위를 설정한다.

반면 아날로그는 회로설계의 정확한 전압값에 영향을 주는 변수가 많아 디지털 회로설계의 장점을 보여준다.

 

타이밍 다이어그램 : 디지털 신호 - 시간 그래프 .

전이가 수직인 것처럼 그려지나 실제로는 수직은 아니다.

하지만 전이시간 사이의 간격이 매우 짧아, 수직으로 표현이 가능하다.

시간에 따른 디지털 신호의 변화를 보여주고 2 이상의 디지털 신호들간의 관계를 보여준다.

 

 

 

5. 디지털 / 논리회로

논리회로 : 디지털 회로의 입력에 대한 응답방식은 그 회로의 논리로 설명된다.

디지털 회로의 각 형식은 일련의 논리로 법칙을 따른다.

 

디지털집적 회로 : 같은 기능을 하는 개별 부품들 보다도 더욱 작으면서 신뢰성 높고 복잡한 디지털 구성을 가능케 한다.

 

 

6. 병렬 / 직렬 전송

디지털 시스템의 기본적인 전송의 두가지 형태이다.

 

병렬 전송의 특징은 아래와 같다.

앞 내용부터 각 내용의 비트가 한번에 전송되는 형태이다.

전송 속도가 빠르지만 회로가 복잡한게 단점이다.

 

직렬 전송의 특징은 아래와 같다.

먼저 보내는 내용의 최하우위 비트 -> 마지막 내용의 최 상위 비트 순으로 전송된다.

그래서 타이밍 다이어그램 그래프 상에서는 최하위 비트가 왼쪽에 보인다.

마치 그래프가 오른쪽에서 왼쪽 방향으로 흐르는 것처럼 보인다.

전송속도가 느리지만 회로가 단순하다는 장점이 있다.

 

 

7. 기억장치

순간적인 입력에 대한 출력을 그대로 유지하는 특징을 지니는 장치로 이 장치가 없으면 입력이 사라질 때 입력전의 상태로 출력이 돌아간다.

메모리 소자로는 자기적, 광학적 형태가 있으며, 전자래칭회로 ( 래치, 플립플롭 ) 를 이용할 수도 있다.

 

 

8. 컴퓨터

산술동작, 데이터 조작, 의사결정을 수행하는 하드웨어 시스템이다. 

빠르고 정확하지만 각 동작에 확실한 명령이 필요하다.

 

주요부분은 아래와 같다.

1. 입력장치 : 명령과 데이터를 컴퓨터 시스템이나 기억장치에 필요기간동안 저장한다.

2. 기억장치 : 입력장치의 명령, 데이터, 산술연산의 결과를 저장한다. 정보를 출력장치에 공급하기도 한다.

3. 제어장치 : 기억장치의 명령을 한번에 하나씩 가져와 해독한다. 실행될 특정 명령을 수행하도록 다른 모든 장치에 각각의 신호를 보냄.

4. 산술 / 논리 장치 : 모든 산술계산, 논리결정을 수행하고 결과를 기억장치에 보낸다.

5. 출력장치 : 기억장치의 데이터를 각각의 형태로 출력한다.

 

 

9. CPU

제어 / 산술 / 논리 장치의 명령어를 불러와 해석한다.

명령에 의해 호출되는 여러 동작제어 수행에 필요한 모든 회로를 포함한다.