비트를 다루기 위한 하드웨어를 만드는 방법을 알아볼 것이고 이번 시간에 설명할 하드웨어들은 현재 컴퓨터에선 사용하진 않지만 시스템에서 기술을 만나는 경우가 있기에 배워두면 좋다.
전자석
선을 둥글게 감아서 코일로 만들고 전기를 흘려보내면 코일이 전자석이 됩니다.
전자석은 켜고 끌 수 있기 때문에 물건을 움직일 때 활용이 되죠.
전자석의 원리로 수동 밸브를 제어하고 자동 스프링클러 시스템을 작동합니다.
릴레이
스위치를 움직이기 위해 전자석을 사용하는 장치.
[단극 쌍투 릴레이 스키매틱 기호]
코일에 전력이 들어가지 않았을 때에 열려있으면 '평상시 열린 릴레이' 닫혀있으면 '평상시 닫힌 릴레이 라고 한다. 중간의 철(금속)부분은 코일에 에너지가 가해졌는지 여부에 따라 연결이 움직인다.
릴레이를 사용해 그림 2-22처럼 논리 함수를 만들 수 있다.
위의 그림은 두 입력 모두 활성화 되어야출력이 된다(AND 함수 정의와 같다.)
아래의 그림은 둘중 하나의 입력만 있어도 출력이 된다(OR 함수 정의와 같다.)
릴레이를 활용하면 스위치로는 불가능한 NOT함수를 구현할 수 있다.(NOT함수를 구현하는 것을 인인버터라고 한다.)
위의 and회로를 아래의 or회로의 입력부로 만들어줄수도 있다. 이렇게 되면 컴퓨터에 필요한 복잡한 논리를 만들수 있게 된다.
(여기까지 릴레이와 릴레이 회로를 이용한 컴퓨터 논리 만드는 방법 설명)
이렇게 여러 논리가 응용이 되어 사람들이 릴레이를 활용해 많은 일을 하게 되었다. 예를들어 다이얼을 사용하는 전화기나 오래된 핀볼 기계등이 있다.
허나 릴레이는 느리고 전기를 많이 소모하며 먼지 또는 벌레가 스위치 접점에 있으면 제대로 작동하지 않게 된다. 실제로 미국에 한 컴퓨터 과학자는 오류가 발생해 추적하다 릴레이에 나방이 낀 것을 확인하면서 버그라는 단어가 유명해졌다.
이런 단점 때문에 릴레이와 같은 일을 하지만 기계적인 부품이 들어있지 않은 다른 물건을 찾게 되었고 영국의 한 물리학자가 진공관을 발명하게 되었다.
진공관
진공관은 한쪽에 열을 가하면 다른극 쪽으로 전자가 이동하려하는데 중간에 막아주는 판을 설치해서 작동하는 원리를 가진것이 삼극관이다.
중간에 막아주는 그리드를 스위치의 손잡이로 생각할 수 있다.
진공관도 뜨겁고 내구성이 약하다는 단점이 있었지만 릴레이에 비해 빠르고 안정적으로 개선되었기 때문에 컴퓨터 구성이 가능해졌다.
트랜지스터
최근에는 트랜지스터가 왕이고 많이 사용되고있다.
트랜지스터는 진공관과 비슷하지만 반도체라는 특별한 물질을 사용한다.
트랜지스터는 반도체를 사용해서 만들었으며 반도체는 열에 취약해 열을 제가하는게 중요한 부품이다.
우리가 알아둬야할 부분은 트랜지스터가 반도체 물질로 이루어진 기판위에 만들어진다는 점이다.
트랜지스터에서 중요한 유형은 쌍극 접합과 필드효과 트랜지스터이다.
게이트나 베이스 부분이 손잡이 역할을 하며 손잡이가 올라가면 전기가 흐른다.
트랜지스터는 이전것들과 달리 전기가 한 방향으로만 흐를 수 있다.
FET기호에서 보면 작은 틈을 볼수 있는데 정전기를 사용한다는 뜻이다.
이방식이 전력소모가 적어 현대 컴퓨터에서 널리 쓰이고 있다.
직접회로
직접회로는 트랜지스터를 사용해 논리회로를 만들때 너무 많은 트랜지스터가 들어가서 이 단점을 보완하기 위해 생겨난 것이다. 직접회로는 생긴 모양 때문에 '칩'이라고 부른다.
