Sequential logic Circuit

sequential logic은 현재의 input 이외의 과거 상태 및 현재 상태 값들을 고려하여 출력이 결정된다. 고로 memory device와 time device를 필요로 한다

Oscillator (발진자)

일정시간에 맞춰 반복되는 주기적인 펄스(Pulse)를 발생 시켜 computer등에서 time정보를 제공

• CPU 등에서 동작 클럭 이 해당 CPU가 어떤 빠르기로 동작하는지를 나타s낼 때 동작 클럭을 제공
• 주로, piezoelectric effect 를 이용하는 crystal로 만들어져 전기를 가할 경우, 진동이 발생하고, 이 진동과 피드백 회로에 의해 crystal은 일정 시간 간격으로 반복되는 pulse를 생성.

Clock

computer나 circuit의 동작 pace를 가르킴. 단위를 보통 Hz로 표기되며 초당 몇번의 pulse signal이 반복되는지로 빠르기를 나타낸다.
computer나 circuit을 구성하고 있는 여러 device들은 propagation delay등의 특성이 다들 다르기 때문에 clock에 맞춰서 정상적인 동작이 이루어지도록 동기화(synchronization) 되는 경우가 대부분이다.

Latches (래치)

Gate를 조합 하여 1bit의 정보를 기억 하는 (걸어두는) 역할을 하는 회로를 의미

1bit의 정보를 기억하는 flip-flop과의 대표적인 차이점은 clock signal에 대해 high (or low) 레벨에서 기억이 이루어지는지 (latch) 아니면 rising (or falling) edge에서 기억이 이루어지는지이다.
Memory는 일정기간 동안 입력값이 변할 경우, 어느 값이 기억될지가 알기 어려운 경우가 많기 때문에 한 순간의 값을 기억하는게 유리 한 경우가 믾기 때문에 Latch보다는 flip-flop이 보다 많이 이용 된다.

SR latch

Nor게이트로 만든 SR latch는 다음과 같다

S와 R이 1,1일때 오류값을 가진다

Nand게이트로 만든 SR latch는 다음과 같다

S와 R이 0,0일때 오류값을 가진다

D latch

D latch는 S와 R대신 D와 D'를 사용하여 설계된다. 그렇기에 Inverter가 추가된다.

Nor게이트로 만든 D latch는 다음과 같다

D의입력값에 따라 2가지의 결과가 발생한다

Nand게이트로 만든 D latch는 다음과 같다

또한 D의입력값에 따라 2가지의 결과가 발생한다

Flip-Flop

특정 시점의 1bit의 정보를 기억하는 memory device

• latch에서는 기억이 이루어지는 특정 시점이 level 로 결정되지만, Flip-Flop에서는 edge로 인해 결정된다
• flip-flop들을 묶어서 여러 bit를 기억하도록 확장한 형태의 register 를 만들고, clock의 rising edge(or positive edge)의 횟수를 세는 counter 로 확장된다.

SR flip-flop

S,R 입력에 따라 이전값을 참고하여 Q,Q'두 값을 출력한다

D flip-flop

D입력에 따라 이전값을 참고하여 Q,Q'두 값을 출력한다

설계할때 latch를 사용해서 설계된다

Counter (카운터)

Counter는 일정한 순서로 state(상태)가 반복하여 변화하는 일종의 Register이다.

Asynchronous Counter

Asynchronous Counter는 각 F/F에서 다른 clock을 사용하는게 특징이다.

Q1: Clk의 Falling edge일 때 Toggle.
Q2: Q1의 Falling edge일 때 Toggle.
Q4: Q2의 Falling edge일 때 Toggle

Synchronous Counter

synchronous Counter는 F/F의 Clock input이 모두 같고 Input을 통해 Store or toggle값이 출력된다

Q1: 조건 없이, Rising edge마다 Toggle
Q2: Q1이 0일 때, Toggle.
Q4: Q2, Q1이 0일 때, Toggle.
Q8: Q4, Q2, Q1이 0일 때, Toggle.

Register

1bit를 기억할 수 있는 Filp-flop 들을 여러 개를 묶어서, 여러 bits를 기억 하도록 만들어진 device.

• CPU 내부에 위치하며, ALU 등이 직접 접근하여 사용되는 memory
• 가장 빠르고,가장 비싸다
• 8개의 D flip-flop들을 묶어서 사용하면 8bit register가 가능.
• 하지만 보다 많은 여러 bit를 기억하기 위해서는 각각의 값들이 어느 register에 저장되는지를 나타내는 address가 필요 하며,이를 위해 decoder와 selector (Mux)가 연결된 memory device (Static RAM)가 등장하게 됨.
  왼쪽은 Parallel connection, 4bit Register
  오른쪽은 Serial connection, 4bit Register
  

Multiplexer을 활용한 store기능을 수행 할 수있는 Universal shift Register