오리엔테이션
1. 컴퓨터구조
컴퓨터 구조의 구성 요소
- 애플리케이션: programs
- 운영체제: device drivers
- 아키텍처: instructions
- 마이크로 아키텍처: datapaths, controllers
- 로직: adders, memories
- 디지털 회로: AND gates, NOT gates
- 아날로그 회로: amplifiers, filters
- 디바이스: transistors, diodes
- 물리: electrons
- adders(가산기): 두개 이상의 이진 숫자를 더하는 디지털회로
- amplifiers(증폭기): 전자기기에서 신호의 크기를 키우는 장치
이번 과목의 목표:
1. 프로그램들이 컴퓨터에서 어떻게 작동하는지를 안다.
2. 위의 학습을 통해 얻은 지식을, 프로그램 작성 시 어떻게 해야 컴퓨터의 작동 흐름, 컴퓨터의 구성요소 사이에서의 상호작용을 방해하지 않고 잘 작동하는 프로그램을 만들 수 있을 것인가에 활용할 수 있다.
2. 과목 개요
- 컴퓨터 시스템의 구성
- 각 구성 요소의 기능
- 구성 요소 사이의 상호작용
- 컴퓨터 하드웨어의 작동 흐름
- 컴퓨터 하드웨어가 프로그램을 명령어 단위로 처리하는 원리 학습
3. 강의내용
1강. 컴퓨터 구조의 개요
2강. 컴퓨터와 디지털 논리회로
3강. 컴퓨터 명령어
4강. 처리 장치
5강. 제어장치
6강. 중앙처리장치
7강. 기억장치
8강. 입출력 시스템
9강. 병렬처리 시스템
입출력장치, 중앙처리장치, 기억장치, 시스템버스
4. 강의 목표
- 컴퓨터 시스템의 기본 개념 이해
- 컴퓨터 시스템의 구성 요소에 대한 지식 습득
- 각 구성 요소의 상호작용을 이해하여 프로그램이 어떻게 처리되는지에 대한 심층적인 이해
- 내가 만든 프로그램이 컴퓨터 시스템에서 어떻게 작동하는가를 이해하고 이를 활용
1강. 컴퓨터 구조의 개요 및 디지털 논리회로
학습 목차
- 컴퓨터 시스템의 개요
- 컴퓨터 시스템의 구성
- 컴퓨터 시스템의 분류
- 컴퓨터와 디지털 논리회로(1)
- 디지털 논리회로의 개요
- 논리 게이트와 불대수
컴퓨터 시스템의 개요
1.1 개요
- 컴퓨터(Computer):
- 전자식 데이터 처리 시스템(EDPS: Electronic Data Processing System)
- 컴퓨터 시스템(Computer System)
- 데이터 처리에 대한 목적을 달성하기 위해 상호작용하는 전체 구성 요소의 집합
- 컴퓨터를 이해하기 위해서는
- 컴퓨터의 구성요소는 무엇이고, 각 구성요소는 무슨 기능을 갖는가
- 컴퓨터 시스템에서 입력과 출력이란 무엇인가
- 컴퓨터 시스템의 구성요소
- 입력장치, 중앙처리장치, 기억장치, 출력장치, 시스템버스
1.2 컴퓨터 시스템의 발전과정
- 세대별 발전과정
1.3 컴퓨터 시스템의 전체적 구성
1.4 컴퓨터 시스템의 분류
-
처리성능 및 규모에 따른 분류
-
구조에 따른 분류
- 파이프라인 슈퍼 텀퓨터
- 파이프라이닝 구조를 이용해 명령어 수준의 병렬성을 지원하며, 고속의 벡터 계산을 가능하게 함.
- 대규모 병렬처리 컴퓨터
- 병렬로 구성된 다수의 처리장치를 이용해 태스크, 데이터 병렬성을 지원함
- 파이프라인 슈퍼 텀퓨터
근대 컴퓨터의 가장 기본적인 형태. 이 두가지 구조에서 각각 얻을 수 있는 장점 때문에 두 가지를 모두 착용하는 시스템이 일반적
고속의 벡터 계산: 벡터란 데이터 묶음을 의미. 컴퓨터에서 보통 백터 계산이라고 이야기하면, 벡터라는 데이터 묶음이라는 특성만 가져온 연산. 흔히 이야기하는 배열. 즉 배열에 대한 반복계산을 벡터계산이라고 부름
컴퓨터와 디지털 논리회로
2.1 디지털 논리회로의 개요
- 디지털 논리회로
- 컴퓨터와 같은 디지털 기반장치를 구성하는 기본 회로
- 2진 논리를 디지털 논리 게이트로 구현한 것
- 집적회로(IC: Integrated Circuits)로 구성
- 디지털 논리회로는 저장요소의 존재 여부에 따라 두 가지로 분류
- 조합 논리회로: 가산기, 디코더 등
- 순서 논리회로: 레지스터, 카운터 등
2.2 논리게이트와 불대수
논리게이트
- 논리게이트
- 디지털 논리회로를 구성하는 기본적인 요소
- 2진 정보만 다루며, 2진 논리 연산을 수행하는데 사용하는 소자
- 기본적인 논리 연산
- 논리 합
- 논리 곱
- 논리 부정
- 기본 논리게이트
- 기본적인 논리 연산을 수행하는 게이트(논리 연산 소자 - 논리 회로)
- AND, OR, NOT 게이트
- 기타 논리 게이트
- NAND, NOR, XOR, XNOR 게이트
불대수
- 불대수(Boolean algebra)
- 0 또는 1의 값을 갖는 논리 변수와 논리 연산을 다루는 대수
- 불함수의 표현
- 논리 변수들의 상호 관계를 나타내기 위해 변수, 연산기호, 괄호 및 등호 등으로 표기하는 대수적 표현
- 불함수와 논리 회로도
- 논리 연산을 표현하는 불함수는 논리 게이트들로 구성되는 논리 회로도로 작성 가능
- 불함수와 진리표 (Truth table)
- 논리식에서 모든 입력 조합에 대한 출력값을 나열한 표
- 불함수와 진리표와의 관계
- 어떠한 불함수에 대한 진리표는 오직 하나만 존재함
- 진리표는 불함수에 대한 모든 입력 조합에 대한 출력을 나열한 표
- 출력 값을 계산하는 과정은 나타내지 않음.
- 이로 인해, 연산 과정이 달라도 입력 조합에 대한 결과가 동일한 불함수가 존재할 수 있음
- 따라서, 동일한 진리표에 대한 불함수와 논리회로도는 여러개가 될 수 있음
- 동일한 입력에 동일한 출력이라면 최대한 단순한 회로도가 효율적
- 불함수 간소화의 필요성
- 불함소의 간소화 방법
- 대수적인 방법
- 불대수의 기본 공식을 이용하여 불함수를 간소화
- 도표를 이용한 방법
- 불대수의 기본 공식을 기반으로 카르노 도표(Karnaugh map)를 이용한 간소화
- 테이블을 이용한 방법
- 대수적인 방법
- 불대수의 기본 공식
- 불함수의 간소화
- 여러 불함수가 동일한 진리표를 갖는다면 불함수의 형태가 달라도 결국 동일한 작업이라는 의미임
- 진리표에서 불함수를 유도하여 진리표를 만족하는 간소화된 불함수를 도출할 수 있음
- 진리표에서 각 변수 조합은 최소항 또는 최대항으로 표현할 수 잇으며, 이를 통해 구조화된 형태의 정규형 불함수를 나타낼 수 있음
- 최소항
- 주어진 진리표의 모든 변수를 정상형 또는 부정형으로 한번씩 포함해서 논리곱으로 결합한 형태이며, 단 하나의 입력조합에서만 출력이 1이되는 표현
- 논리변수 X, Y가 있는 경우, 논리곱(AND)으로 표현되는 4가지 항의 결과가 논리 -1이 되는것이 최소항
- 최대항
- 최소항과 동일하지만 변수를 논리합으로 결합한 형태이며, 단 하나의 입력 조합에서만 출력이 0이되는 표현
- 논리 변수 X, Y가 있는 경우, 논리합(OR)으로 표현되는 4가지 항의 결과가 논리 0이 되는것이 최대항
- 입력 조합에 따른 최소항과 최대항
- 정규형 불함수
- 불함수를 최소항으로 나타낼 경우 최소항들을 논리합(OR)으로 결합하고, 최대항은 논리곱(AND)으로 결합하여 표현함
- 불함수를 최소항으로 나타낼 경우 최소항들을 논리합(OR)으로 결합하고, 최대항은 논리곱(AND)으로 결합하여 표현함
- 불함수의 대소적 간소화
- 카르노 도표(Karnaugh map)를 이용한 간소화
- 입력 변수의 개수를 기반으로 여러 개의 사각형으로 된 표
- 각 사각형은 각각 하나의 최소항 또는 최대항에 대응
- 입력 변수의 개수에 따라 n변수 카르노 도표라고 하며, 2^n개의 사각형으로 구성됨
- 입력 변수의 개수를 기반으로 여러 개의 사각형으로 된 표
- 도표를 이용한 간소화
- 정규형 불함수를 간소화된 형태의 표준형 불함수로 간소화
- 최소항의 합 형태가 곱의 합 형태로, 최대항의 곱 형태가 합의 곱 형태로 간소화 됨
- 카르노 도표를 이용한 간소화 예시
- 대수적 간소화 예시
- 도표를 이용한 간소화
- 간소화된 불함수는 논리 변수와 연산자를 최소화할 수 있기 때문에 비용을 최소화할 수 있음
- 도표라는 시각적 도구를 사용하기 때문에 사람이 보기에 더 직관적이며, 대수적 간소화보다 실수할 확률이 감소함
- 따라서, 논리회로 설계 시 필수적임
Good Luck!