디지털논리회로 1. 컴퓨터와 디지털 논리회로 및 데이터 표현

디지털 시스템

시스템의 정의

• 검은 사자형 시스템
  - 임력과 출력을 갖는 검은 상자로 표현
  • 시스템의 입력과 출력만 관심을 갖고 시스템을 고려 -> 그 안에 있는 구성요소는 뭐가 어떻든 상관안함
• 구성요소 집합으로서 시스템
  - 검은 상자 내부에 관해 규정
  • 시스템에 부여된 목적을 달성하기 위해 상호작용하는 구성요소들의 집합
    -> 디지털 논리회로는 이거!

아날로그와 디지털

• 아날로그방식: 데이터를 연속적인 값으로 표현
  -> 아날로그 시스템 : 입력과 출력이 아날로그 데이터인 시스템 ex. 전압의 변의 등이 표현된 각종 계기 시스템
• 디지털: 연속적인 값을 근사하여 이산적인 값으로 표현
  -> 입력과 출력이 데이터인 시스템 ex. 디지털시계, 디지털온도계, 디지털 컴퓨터

디지털 시스템의 설계 및 논리회로

• 디지털 시스템의 장점
  - 편리성 : 데이터가 숫자로 입출력
  • 융통성 : 실행순서의 조정이 가능
  • 단순성 : 시스템 설계가 단순
  • 안정성 : 0과 1로 유지되므로 높은 안정성
  • 견고성 : 잡음 등에 강함
  • 정확성 : 논리적인 처리로 정확한 결과 도출
• 디지털 시스템의 설계

1. 회로설계단계 : 능동소자와 수동자를 연결
2. 논리설계던계 : 논리회로를 만들기 위해 논리소자들을 연결시키는 단계
3. 시스템걸계단계 : 논리회르들을 연결하여 프로세서, 임출력 제어장치등을 설계하는단계
4. 실제적설계단계 : 시스템 설계단의 부품들을 PCB나 와이어 랩 기판에 배치

• 디지털 논리회로
  - 2진 디지털 논리를 논리게이트로 구현한 것
  • 디지털 시스템을 구현하는 기본요소
  • 디지털 시스템의 논리 설계단계에서 설계됨
  • 디지털 논리회를 저장요서의 유무에 따라
    • 조합논리회로 : 저장요소가 없읍(가산기, 디코더 등) - 플림플롭
      • 순서논리회로 : 저장요소가 있음(레지스터, 카운터)

컴퓨터의 구성

컴퓨터 시스템

• 전자식 데이터 처리 시스템(EDPS)

  컴퓨터를 시스템 즉면에서 분석

  • 무엇으로 구성되어 있는가?
  • 구성요소는 각각 무슨 기능을 하는가?
  • 입출력은 무엇인가

• 컴퓨터의 하드웨어구성
  

1. 입력장치 : 외부로부터 데이터를 입력
2. 기억장치 : 데이터를 기억하고 저장
3. 연산장치 : 데이터에 대한 산술, 논리연산을 수행
4. 제어장치 : 데이터 처리를 위한 구성요소들을 제어
5. 출력장치 : 처리된 결과를 외부로 출력

집적회로 : 칩으로 만드는 것

집적회로

• 디지털회로는 집적회로로 구성

  집적회로(IC, Integrated Circuits)

  • 디지털게이트의 기능을 수행하는 전자소지를 포함한 작인 실리콘 반도체 크리스탈
  • 칩
  • 칩 내부에 있는 여러가지 게이트들은 회로의 목적에 부합되도록 상호연결

집적도

단위 실리콤 칩에 집적할 수 있는 게이트 수 -> 얼마나 모아져 있는가

1. 소규모 집적(SSI : Small Scale Integration)
   • 몇개의 독립된 게이트를 내장
2. 중규모 집적(MSI : Middle Scale Integration)
   • 대략 10~100여개의 게이트를 내장(디코더, 레지스터)
3. 대규모 집적(LSI : Large Scale Integration)
   • 수백~수천개의 게이트를 내장(프로세서, 기억장치 칩)
4. 초대규모 집적(VLSI : Very Large Scale Integration)
   • 수천개 이상의 게이트를 내장(마이크로 컴퓨터 칩)

디지털 논리계열

• 디지털 논리회로는 집적회로로 구성
  - 기본 회로 설계를 공유하는 집적회로의 그룹 : 논리계열

  • 각 논리계열의 기본적인 회로는 NAND 게이트 또는 NOR 게이트

• 대표적인 디지털 논리계역
  - TTL(Transistor-Transistor Logic)
  - ECL(Emittor-Coupled Logic)
  - MOS(Metal-Oxide Semiconductor)
  - CMOS(Complemetary Metal-Oxide Semiconductor)
  

양논리와 음논리

• 게이트의 입력과 출력에 대한 2진신호는 두값중에 한값을 갖는다.(0/1)
• 두 논리값(0,1)애 대한 두 신호값(H, L)을 할당하는 방법
  

데이터 표현

수치데이터

• 진법
  - 수를 숫자로 나타내는 방법
  - 숫자의 위치에따라 가중치부여
  - 가중치는 기수의 승수(거듭제곱)
  - 기수는 2 이상의 양수 -> 2진법 4진법....
  

• r진법
  - 기수가 r(r은 2이상)인경우를 r진법이라고 함
  - r개의 숫자(0...r-1)로 표현
  - r진법으로 표현된 숫자 -> r 진수
  - r진수 오른쪽 아래에 기수 r표기
  

• 10진수의 r진수 변환
  - 정수 부분읜 나눗셈, 소수점 아랫 부분은 곱셈으로 구함
  - 정수부: 나눗셈의 나머지 몫이 0이 될때까지
  - 소수부: 소수부분이 0이 될때까지 r (0.25 2 = 0.5 * 2 = 1.0 => 001)
  

• 2진수와 2^n 진수의 상호 변환
  - 2진수를 4, 8, 16 진수로 표현할때,
  -> 2진수를 2개, 3개, 4개로 묶에서 숫자로 씀
  

• 산술연산
  - r진법 두숫자를 10진수르 바꾸어 10진수 덧셈

  • 결과를 다시 r진수의 합과 올림수로 변환

• 보수
  - r의보수와 r-1의 보수의 관계 : r의 보수 = (r-1)의보수 + 가장 낮은 자리의 1
  => 2의 보수 = 1의보수 + 1

• 보수를 이용한 감산
  

디지털코드

• 10진코드
  

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