🧠 들어가며: 컴퓨터는 세상과 소통하는 기계다

여러분, 컴퓨터가 단지 계산만 하는 도구라고 생각하셨나요? 사실 컴퓨터는 외부 세계와의 대화를 위해 존재한다고 해도 과언이 아닙니다. 사람과 대화하고, 공장을 움직이고, 센서로 데이터를 수집하며, 다른 컴퓨터와 통신하기도 하죠.

그 중심에는 입출력(I/O) 장치가 있습니다. 오늘은 컴퓨터가 어떻게 현실의 데이터를 받고, 계산하고, 다시 현실로 신호를 내보내는지를 이야기해보겠습니다.

🧲 입력과 출력: 세상과의 접점

기본적인 I/O 회로: 래치와 트라이스테이트 버퍼

앞 장에서 프로세서 코어로 들어오고 나가는 데이터를 언급하면서 언급한 적이 있었어요. 이런 입출력은 그리 어렵지 않습니다.

왜냐, 필요한 것은 출력을 위한 래치와 입력을 위한 트라이스테이트 버퍼뿐이다.

• 출력용 래치(Latch)는 상태를 유지하는 작은 기억소자입니다.
• 입력용 트라이스테이트 버퍼(Three-state buffer)는 데이터를 전송할지 말지를 제어할 수 있는 회로예요.
• 초창기 컴퓨터는 모든 I/O 핀을 CPU가 직접 제어했어요.
  

지금은 다릅니다. I/O 장치 안에 자체 프로세서가 있어서, 바이트 단위로 읽고 쓰기만 하면 되죠.

이게 바로 프로세서 가격이 줄어들면서 이런 상황이 달라졌습니다.

이번 글은 I/O 장치와 상호작용하는 기술을 다룹니다. 그리고 샘플링sampling에 대해 설명에 대해 설명합니다.

🔌 컴퓨터와 LED의 대화: 포트 B에 얽힌 소소한 이야기

1) 💬 컴퓨터가 외부와 대화하는 방식

옛날 옛적, 컴퓨터 속 작은 마을에 'CPU'라는 친구가 살고 있었어요. 이 친구는 계산도 잘하고, 명령도 척척 내리는 아주 똑똑한 친구였죠. 그런데, 아무리 머리가 좋아도 세상과 단절돼 있다면 아무 소용이 없잖아요?

그래서 CPU는 외부와 소통할 수 있는 방법을 찾게 되었어요. 바로, I/O 포트라는 대화창을 통해서요!

2) 💡 LED와의 첫 만남: 포트 B

CPU가 세상 밖으로 첫 손을 내민 곳은 포트 B라는 창구였어요. 포트 B에는 총 8개의 작은 문(PB0 ~ PB7)이 있고, 여기에 LED와 스위치가 연결되어 있었답니다.

[CPU] ─── PB0 ───> 💡 LED (빛을 내는 친구)
[CPU] <── PB7 ─── 🔘 스위치 (누르면 반응하는 친구)

그런데 잠깐!

LED는 단순한 친구가 아니에요.
LED는 다이오드라고 불리는 반도체의 일종으로, 꼭 한 방향으로만 전기를 받겠다고 고집을 부려요. 마치 놀이공원의 회전문처럼요.

3) ⚡ 안전하게 빛내기: 저항이라는 조력자

그런데 말이죠, CPU가 힘껏 전기를 보내다 보면 LED가 "앗 뜨거!" 하며 타버릴 수도 있어요. 그래서 CPU는 저항이라는 조력자 친구를 사이에 넣었어요.

이 저항은 전류의 속도를 조절해주는 역할을 합니다.

“자자~ 너무 세게 보내면 다쳐요~” 라고 말하면서요.

계산도 필요하죠!

• 전압: 5V (CPU가 보내는 힘)
• LED가 감당할 수 있는 전압: 0.7V
• 원하는 전류: 10mA (0.01A)

옴의 법칙에 따라 계산하면,
(4.2V - 0.7V) ÷ 0.01A = 350Ω
즉, 350Ω짜리 저항이 필요해요!

4) 🧠 포트 B의 세 가지 역할

이제 CPU는 포트 B를 제어하기 위해 3명의 친구를 부르기로 했어요:

레지스터 이름	하는 일
DDRB	입력이냐 출력이냐 정함 (방향 설정자)
PORTB	출력 데이터를 저장 (출발 신호)
PINB	입력 데이터를 읽음 (수신 담당)

이 친구들은 함께 작동해서 다음과 같은 시나리오를 연출해요.

시나리오 🎭

1. DDRB에 1을 쓰면 → 그 핀은 "출력용"이 됨
2. PORTB에 1을 쓰면 → 핀에 전기가 흐르고, LED가 “짠~” 하고 켜짐
3. PINB를 읽으면 → 버튼이 눌렸는지 여부를 알 수 있음

즉, CPU는 "PORTB0(PBo) = 1;" 이렇게 한 줄만 써도, LED에게 "불 켜!"라고 말할 수 있는 거죠.

장치에 따라 전압 강하 등 이 달라질 수 있기 때문에 사용하려는 LED나 다른 구성요소의 데이터시트를 꼭 읽어봐야 한답니다.

5) 🛠️ 안에 뭐가 들었을까? (AVR 포트 B 내부 구조)

사실 이 회로 안을 들여다보면, 전혀 복잡하지 않아요. 익숙한 플립플롭, 디먹스, 트라이스테이트 버퍼들이 서로 조화를 이루며 돌아갑니다.

여기서 잠깐 🛠️ 플립플롭, 디먹스, 트라이스테이트 버퍼 기억이 안나는 나를 위한 정리!

항목	플립플롭 (Flip-Flop)	디먹스 (DeMUX)	트라이스테이트 버퍼 (Tri-State Buffer)
기본 기능	1비트 저장 (메모리 역할)	하나의 입력을 여러 출력 중 하나로 전달	출력할지 말지 제어 가능한 버퍼
용도	레지스터, 상태 저장	신호 분배, 주소 지정	버스 제어, 공유 회로에서 출력 관리
제어 입력	클럭(Clock) 신호	선택(select) 신호	출력 활성화(Enable) 신호
출력 상태	항상 출력 유지 (Q, ~Q)	선택된 한 출력을 High or Low로 설정	High, Low, 혹은 High Impedance (Z)
대표 회로	D 플립플롭, JK 플립플롭	1→4 디먹스, 1→8 디먹스 등	제어 가능한 버퍼
비유	"기억하는 친구" – 말한 걸 잊지 않음	"우체국 직원" – 하나의 편지를 골라 보냄	"출입문 관리자" – 문을 열지 닫을지 결정
심볼(기호)	🧠	📬	🚪

• 플립플롭: "나는 기억력이 좋아! 한 번 들은 건 클럭 신호로 저장해둬!"
• 디먹스: "어디로 보내줄까? 선택한 곳 하나만 열어줄게."
• 트라이스테이트 버퍼: "나 지금 출력할지 말지 결정 중이야. Enable 되면 말할게!"

1. 플립플롭 → 레지스터

   • 📌 “레지스터는 플립플롭으로 구성되어 있다.”
   • → 각각의 플립플롭이 1비트 저장, 여러 개 모이면 8비트, 16비트 레지스터!

2. 트라이스테이트 버퍼 → 공유 버스 제어

   • 📌 “멀티프로세서 버스에서는 트라이스테이트 버퍼가 핵심이다.”
   • → 여러 장치가 하나의 버스를 사용할 때, 동시에 신호를 내지 않도록 조율하는 '출입문 관리자'

3. 디먹스 → 멀티플렉싱 응용

   • 📌 “디먹스는 1개의 신호로 여러 개의 LED를 순차적으로 켜기로 멀티플렉싱에 응용된다.”
   • → 빠르게 순서를 바꿔가며 하나씩 켜서, 사람 눈에는 동시에 켜진 것처럼 보이게 하는 기법 (잔상 효과 활용!)

[DDRB] → 이건 방향을 정해줘요
[PORTB] → 여기에 데이터를 써요
[PINB] → 여기에 상태가 보여요

CPU는 주소버스를 타고 이 레지스터들을 찾아가 데이터를 주고받습니다. 마치 도서관에서 책을 찾아가는 것처럼요.

6) 💡 실생활 예제: LED 깜빡이기

DDRB |= (1 << PB0);    // PB0을 출력으로 설정
while (1) {
  PORTB |= (1 << PB0);  // PB0에 1: 불 켜기
  _delay_ms(500);
  PORTB &= ~(1 << PB0); // PB0에 0: 불 끄기
  _delay_ms(500);
}

이렇게 간단한 코드 하나로, LED는 마치 신호등처럼 깜빡이기 시작합니다.

📝 요약하자면!

포인트	설명
포트 B	CPU가 외부와 소통하는 창구
DDRB	포트의 방향(입력/출력)을 결정
PORTB	출력을 위한 전압을 설정
PINB	입력 상태를 읽는 창구
LED 회로 구성	저항과 직렬 연결 필수 (350Ω 등)
실전 코드	불 켜고 끄는 타이밍 제어 가능

“컴퓨터는 세상을 계산으로만 이해하지 않아요. 손을 내밀고, 신호를 주고받으며, 진짜로 ‘대화’를 나누고 있는 거랍니다.”

🎛️ 버튼은 왜 말을 더듬을까? – 디바운싱의 비밀**

1) 🧑‍💻 “컴퓨터야, 나 눌렀어!” 버튼의 신호는 정말 단순할까?

여러분, 우리가 어떤 기기를 사용할 때 "딸깍" 누르는 그 버튼,
컴퓨터는 그걸 정말 한 번만 눌렀다고 알아들을까요?

절대 아닙니다.
실제로는 이렇게 말하거든요:

“눌렀...어..? 아니 눌렀다니까! 어...? 다시 눌렀나...? 아냐아냐 지금 눌렀지...!”

이 현상을 우리는 바운스(bounce)라고 불러요.

2) 🔩 버튼 속 금속 접점의 튀는 성격

버튼 안에는 아주 작은 금속 조각이 있어요.
이 조각이 버튼을 누르면 '찰싹!' 접점에 붙어서 회로가 닫히고 전류가 흐르게 되죠.
그런데 문제는… 이 금속 조각이 성질이 급해서,
접촉할 때 “찰싹찰싹찰싹” 튀는 현상이 생깁니다.

이게 바로 신호가 몇 밀리초 동안 '0→1→0→1→0'으로 튀는 바운스 현상이에요.

3) 🚨 인터럽트로 연결하면 더 골치 아파져요!

대부분의 시스템은 버튼을 인터럽트 핀(IRQ)에 연결해요.
“이벤트 발생 시 바로 반응하라”는 의미죠.

그런데 버튼을 한 번만 눌렀는데…

💣 인터럽트가 두 번, 세 번, 네 번이나 호출되는 거예요!

CPU 입장에선 버튼 하나 눌렀을 뿐인데 마치 스팸처럼 연속 호출당하는 셈이죠.

4) 🧘‍♀️ 그럼 어떻게 잠잠하게 만들까? – 디바운싱 기법 등장

바운스를 잠재우기 위한 방법은 바로 디바운싱(debouncing)이에요.

즉, “이 녀석이 정말 제대로 눌린 건지, 한동안 잠잠한지”를 확인하는 거예요.

✅ 디바운싱 방법 1: 타이머 지연

1. 버튼이 눌림 (인터럽트 발생)
2. 바로 처리하지 않고, 타이머로 잠깐 기다려요 (예: 10ms)
3. 그 뒤에 상태가 그대로면 “아~ 진짜 눌렸구나!” 판단

🔔 하지만 이 방법은 정확한 시간 설정이 어려워요.

버튼이 닳거나 기기 종류에 따라 바운스 시간이 다르기 때문이죠.

아주 좋은 질문이에요! 이 문장은 조금 복잡하게 들릴 수 있지만, 핵심은 ‘버튼이 여러 개여도, 인터럽트 핀은 부족하다 → 그래서 소프트웨어로 처리하자’는 이야기입니다. 더 친절하게 풀어볼게요 😊

🔌 상황 정리: 버튼은 많은데, 인터럽트 핀은 적다?

1. 현실적인 문제

• 하나의 마이크로컨트롤러(예: AVR, ARM 등)에는 인터럽트를 받을 수 있는 핀(IRQ 핀)이 한정되어 있어요.
• 그런데 여러분이 실제로 만들 장치에는 버튼이 2개, 4개, 10개, 심지어 수십 개일 수도 있죠!

❗ 그럼 버튼마다 IRQ 핀을 연결할 수 없겠죠?

💡 해결책 1: 하드웨어적 공유 (복잡, 비용 증가)

• 하드웨어 회로를 설계해서 인터럽트 신호를 묶어주는 방법도 있어요.
• 하지만 이건 회로도 복잡해지고, 부품도 늘어나니까 비용이 올라가요.

🧠 해결책 2: 소프트웨어로 똑똑하게 처리 (👍 추천 방식)

“인터럽트 핀을 버튼마다 따로 두는 대신, 타이머 인터럽트를 활용해서 모든 버튼을 소프트웨어로 주기적으로 검사하자!”

어떻게 하냐고요?

• 대부분의 시스템에는 이미 타이머 인터럽트라는 것이 있어요.
• 예: 1밀리초마다 인터럽트를 발생하도록 설정 가능.

이 타이머 인터럽트가 발생할 때마다 모든 버튼들의 상태를 한 번씩 확인하는 거예요.
그리고 FIR 필터 방식이나 단순 비교 방식으로 바운스를 제거하면서 버튼의 눌림을 감지하는 거죠.

📦 비유해볼까요?

원래는 버튼이 눌릴 때마다 "나 눌렸어!" 하고 직접 CPU를 깨웠는데,
이제는 주기적으로 순찰 도는 감시 로봇이 와서 “얘 눌렸니?” 하고 체크해주는 방식이 되는 거예요.

버튼이 많아도, 인터럽트 핀은 적으니 → 이미 있는 ‘타이머 인터럽트’에 슬쩍 더부살이하면서, 모든 버튼을 소프트웨어로 주기적으로 검사해서 디바운싱까지 처리하자!

✅ 디바운싱 방법 2: FIR 필터를 이용한 소프트웨어 큐 방식

이 방법은 간단하지만 강력한 무기에요.
바로 FIR 필터 큐(Finite Impulse Response Queue)를 이용하는 방식이죠.

물론입니다! 😊 지금까지 설명한 현대 I/O 디바운싱 방식들을 한눈에 보기 쉽게 정리해드릴게요.

✅ 현대 시스템에서 버튼 디바운싱 처리 방식 총정리

분류	방식	주요 특징	사용 사례
🧰 하드웨어 방식	슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 논리 게이트(74HC14 등)	- 물리적 전압 임계값 설정 - 회로 레벨에서 튐 제거 - 빠르고 안정적	키보드, 마우스, 산업용 버튼
🧠 MCU 펌웨어 방식	타이머/카운터 기반 디바운싱	- 버튼 눌림 후 일정 시간 대기 - 일정 시간 동안 같은 상태 유지 시 ‘안정’ 판단	데스크탑 키보드, 게임패드, 리모컨
🔄 소프트웨어 필터	FIR 필터 (큐 기반)	- 일정 시간 동안의 입력 상태를 큐에 저장 - OR/XOR 등으로 변화 판단	아두이노, AVR, 저가형 임베디드
📊 디지털 필터링	이동 평균, 상태 머신(FSM)	- 시간 기반 패턴 분석 - 여러 상태를 두고 천천히 전이	스마트워치, 스마트홈 디바이스
📱 터치 기반 입력	노이즈 필터 + 제스처 인식	- 접촉 시간, 면적, 연속성 고려 - 제스처 구분(탭/스와이프 등)	스마트폰, 태블릿, 터치 패널

🔑 핵심 요약 한줄씩!

• FIR 필터는 소프트웨어에서 가장 간단하면서도 강력한 방식! (교육용, DIY에서 자주 사용)
• 슈미트 트리거는 회로 자체에서 튐을 차단해주는 "물리적 진정제"
• MCU 펌웨어 기반 타이머는 버튼마다 인터럽트를 쓰기 어려울 때 가장 널리 쓰임
• FSM/디지털 필터는 고급 기기에서 예측 가능한 입력만 받아들이도록 설계
• 터치 디바이스는 바운스를 넘어서 "사용자의 의도"까지 해석해야 함

“바운스는 기술이 발전해도 여전히 존재하지만,
이제는 하드웨어와 소프트웨어가 함께 손잡고, 똑똑하게 잡아내고 있답니다!”

5) 📦 FIR 필터 디바운서: 큐에서 입을 모으는 친구들

🧩 상황: 버튼이 8개나 있어요!

• 예를 들어, 포트 B에 8개의 버튼이 물려 있다고 상상해보세요.
• 이 버튼들의 상태는 INB라는 8비트 변수로 읽혀요.
  • 예: INB = 0b01000100 → 2번과 6번 버튼이 눌림

그런데 문제는...

이 버튼들도 각자 바운스를 심하게 해요!

💥 문제: 8개의 버튼이 동시에 말 더듬기 시작하면?

CPU는 정말 헷갈립니다.
“누가 진짜로 눌린 거야? 누가 헛소리 한 거야?”

✅ 해결책: FIR 필터 큐로 전체 버튼 상태를 안정화시키자!

버튼 상태를 읽는 순간마다 이렇게 저장한다고 상상해볼게요:

[1틱 전: 1] → [2틱 전: 1] → [3틱 전: 0] → [4틱 전: 1] ...

각각을 배열(filter[0], filter[1], ...)에 저장하면서,
계속 오른쪽으로 이동하며 최신 값을 업데이트하는 거예요.

마치 회의 중 여러 명이 손을 들고 있고,
"이번에 진짜 눌렀는지"를 결정할 때는 이렇게 묻는 거죠:

“자자~ 다 같이 손 들었으면 진짜 눌린 거야!”

모든 값을 OR 연산하면 한 번이라도 1이 있으면 1로 인식하고,
그걸 current 값으로 넣고, 이전 상태(previous)와 비교해서 진짜 변화가 있었는지 확인합니다.

🧑‍💻 코드와 의미 해석

unsigned char filter[FILTER_SIZE];
unsigned char changed;
unsigned char current;
unsigned char previous;

previous = current;
current = 0;

// 큐의 값들을 하나씩 밀면서 최신 값을 업데이트
for (int i = FILTER_SIZE - 1; i > 0; i--) {
    filter[i] = filter[i - 1];
    current |= filter[i]; // OR 연산으로 하나라도 1이면 1
}
filter[0] = INB;
current |= filter[0];

// 이전 상태와 비교하여 진짜로 바뀌었는지 확인
changed = current ^ previous;

항목	설명
INB	현재 버튼 8개의 입력 상태 (예: 0b01010001)
filter[]	이전 입력 상태들이 담긴 큐 (FIFO 구조)
current	최근 입력을 기반으로 정제된 ‘안정된 상태’
previous	이전 틱의 current 상태
changed	이번 틱과 저번 틱 비교 → 누가 눌렸거나 뗐는지 감지

🎨 시각적 흐름 요약

[INB] → filter[0] → filter[1] → filter[2] ... → OR → current
                         ↓
                   previous와 XOR
                         ↓
                   changed 발생 여부

✨ 요약 정리

항목	내용
문제	버튼을 누르면 접점이 튀면서 여러 번 눌린 것처럼 인식됨 (바운스 현상)
원인	금속 조각이 반동으로 접촉/비접촉 반복
타이머 기반 해결	인터럽트 후 잠시 기다리고 상태 확인
FIR 필터 방식	일정 기간 동안 값을 큐에 저장하고 OR + XOR로 변화 감지
장점	낡은 버튼에도 강건, 여러 버튼 동시 처리 가능

“버튼도 말을 더듬는다. 하지만 컴퓨터는 충분히 인내심이 있어서, 다 듣고 나서야 ‘진짜 눌렀다’고 믿어준다.”

---

📟 7세그먼트 디스플레이, 어떻게 작동할까?

🧱 1) 단순한 화면도, 복잡한 기술이 숨어 있다

우리가 흔히 보는 알람시계, 전자레인지, 세탁기의 숫자 표시창은
PC 모니터 같은 복잡한 디스플레이가 아니라, 7세그먼트 디스플레이라는 간단한 장치를 사용합니다.

이런 디스플레이는 복잡한 그래픽 없이도 숫자나 간단한 기호를 보여줄 수 있어서
많은 저가형 전자제품에서 널리 쓰이고 있어요.

🔢 2) 7세그먼트 디스플레이의 구조

💡 7개 + 1개의 LED

• 숫자 8 모양으로 A~G까지 7개의 LED가 배열됨
• 소수점을 위한 DP(Dot Point) LED도 1개 포함

이 LED들을 적절히 켜고 끄면 숫자 0~9나 일부 문자를 만들 수 있어요.

⚡ 공통 캐소드 방식

• 모든 LED의 음극(캐소드)을 하나로 묶어 그라운드에 연결
• 각 LED의 양극(애노드)에는 별도의 핀을 연결해 제어

➡️ 프로세서는 각 세그먼트의 애노드에 전압(1)을 주고,
캐소드를 GND(0)로 연결하면 해당 LED가 켜집니다.

참고 :
+극 : 애노드(Anode)
-극 : 캐소드(Cathode)

[전압 1] → [애노드 → LED → 캐소드] → [GND(0)]

🔌 그런데 문제가 하나!

• LED 8개(디스플레이 1개 = 8개의 LED 제어 = 8개 제어선 필요) × 디스플레이 4개(알람 숫자 00 :00) = 총 32개 핀?
• 대부분의 마이크로컨트롤러는 그렇게 많은 출력 포트 핀이 없습니다.

🔀 3) 멀티플렉싱(Multiplexing)으로 핀 줄이기!

"핀은 적게 쓰고, 디스플레이는 많이 보여주자!"

📌 멀티플렉싱 기본 아이디어

• 모든 디스플레이의 애노드는 병렬로 공유
• 캐소드만 각 디스플레이별로 분리

즉, 세그먼트 A~G는 모두 한 세트의 포트(A0~A7)를 쓰고,
디스플레이 1~4는 포트 B0~B3으로 제어함

A0~A7 → 모든 디스플레이의 A~G 애노드 공통
B0~B3 → 각각의 디스플레이 캐소드 선택

👀 4) 사람 눈의 착각, 잔상 효과!

“디스플레이를 계속 켜놓지 않아도, 우리는 켜져 있다고 느낀다?”

• 사람이 인식하는 잔상 시간은 1/24초 정도
• 이를 이용해 디스플레이를 빠르게 하나씩 켰다 껐다하면
  마치 모든 디스플레이가 동시에 켜진 것처럼 느껴져요!

➡️ 이 기술이 바로 멀티플렉싱 디스플레이의 핵심 원리

🔁 동작 방식 요약

1. 디스플레이 1번의 캐소드를 0으로 설정 (나머지는 끔)
2. 1번 디스플레이에 해당하는 세그먼트를 켬
3. 짧은 시간 후 디스플레이 2번으로 전환
4. 이걸 반복해서 4개 디스플레이를 순환하며 깜빡임

⏱️ 5) 소프트웨어 타이머로 구현

• 타이머 인터럽트를 짧은 간격(예: 2ms)마다 발생시키고
• 각 인터럽트에서 다음 디스플레이로 순서 변경
• 이 과정을 빠르게 반복하면 모든 디스플레이가 "항상 켜진 듯" 보입니다

💡 6) 32개가 12개 되는 매직 멀티 플렉싱

1. 핀 수 계산이 32개가 되는 이유는 이거예요:

디스플레이 4개 × 각 디스플레이에 LED 8개 = LED 32개

즉, 핀 = LED 개수라고 단순하게 보는 계산이에요.

하지만 현실에서는 그렇게 1:1로 핀을 다 쓰지 않아요.

🔧 현실에서는 어떻게 하냐?

멀티플렉싱을 사용합니다!

• 세그먼트 A~G, DP는 모든 디스플레이가 ‘공유’
  → 포트 A로 묶음 (핀 8개)

• 디스플레이 자릿수(1~4)는 하나씩 선택
  → 포트 B로 제어 (핀 4개)

7) 보충 정리 : 마이크로컨트롤러(MCU, Microcontroller Unit)란?

작은 컴퓨터라고 생각하시면 됩니다.
CPU, 메모리, 입출력 기능까지 한 칩에 들어있는 초소형 컴퓨터예요.

💡 마이크로컨트롤러의 구성

구성 요소	역할	설명
CPU	계산/제어	아주 단순한 명령어 셋을 처리
RAM	데이터 저장	프로그램 실행 중 임시 데이터 저장
ROM/Flash	프로그램 저장	펌웨어, 실행 코드 저장
I/O 핀	외부와 연결	센서, 버튼, LED, 모터 등과 연결

➡️ 하나의 칩에 이 모든 것이 올인원으로 들어 있음!

🖥️ 그렇다면 데스크탑 컴퓨터에서는?

데스크탑, 노트북에 있는 중앙처리장치(CPU)와 마이크로컨트롤러(MCU)는 역할과 위치가 완전히 다릅니다.

비교	MCU (마이크로컨트롤러)	CPU (중앙처리장치)
주 용도	장치 제어, 센서/버튼 처리	복잡한 연산, 운영체제 구동
위치	키보드, 마우스, 냉장고 등 장치 내부	메인보드의 CPU 소켓
성능	낮음 (8~32비트, MHz 단위)	높음 (64비트, GHz 단위)
예시	ATmega328, STM32, ESP32	Intel i7, AMD Ryzen 등

🧭 컴퓨터 안에도 마이크로컨트롤러가 있다?

맞습니다!

장치	MCU 역할
키보드	어떤 키가 눌렸는지 감지 → USB로 신호 전송
마우스	움직임/클릭 감지 → USB로 신호 전송
모니터 내부	밝기, 전원 상태 등 제어
노트북 배터리	충전 상태 모니터링, 과전압 방지
BIOS/UEFI 칩	펌웨어 구동 (여기에도 MCU적인 구조가 존재)

🧸 쉽게 비유하면?

CPU는 사장,
MCU는 기계 옆에서 버튼을 누르고 센서를 읽는 작업자라고 보면 됩니다.

CPU는 운영체제와 복잡한 연산을 처리하고,
MCU는 단순 반복적인 장치 제어를 조용히 처리하죠.

✅ 마이크로컨트롤러 요약

질문	답변
마이크로컨트롤러는 컴퓨터에 있어요?	✅ 주변장치(키보드, 마우스 등)에 내장돼 있어요
CPU랑 같은 건가요?	❌ 아니요, MCU는 저성능/제어용, CPU는 고성능 연산용
MCU는 어떤 역할 해요?	버튼 읽기, LED 제어, 센서 입력 처리 등 단순 제어
MCU가 필요한 경우는?	임베디드 장치, IoT 제품, 전자회로 설계 등

"우리가 키보드를 눌렀을 때, 사무실 컴퓨터의 사장이 반응하는 게 아니라,
그 키보드 안에 있던 작은 MCU가 먼저 응답하고, 깔끔하게 정리된 보고서를 CPU에게 전달하는 겁니다."

✅ 핵심 요약표

항목	설명
7세그먼트 구조	A~G의 7개 LED + 소수점(DP) LED
제어 방식	애노드에 전압(1), 캐소드에 GND(0)
공통 캐소드 디스플레이	모든 캐소드를 하나로 묶고 애노드로 개별 제어
멀티플렉싱	하나씩 빠르게 번갈아 켜서 전체가 켜진 듯 보이게
시각적 착시 활용	1/24초 이내로 번갈아 켜면 사람 눈에는 모두 켜진 것처럼 인식
실제 구현	타이머 인터럽트 + 반복 루프

“복잡해 보이는 전자 시계도, 사실은 착각의 기술과 핀 아끼기의 예술입니다.”

보충 정리 : 모니터 MCU인가?

참고로 ✅모니터는 MCU처럼 'PORTA로 직접 LED 제어'하지 않습니다. 구조가 훨씬 더 복잡하고, 제어 방식도 완전히 다르기 때문이에요.

하지만 모니터는 전체 화면 표현은 MCU로 하지 않지만, 일부 기능(밝기, 전원, 버튼 등)은 MCU로 제어합니다.

1. 📺 화면 출력(영상 처리)

• 모니터가 영상 신호(HDMI, DP 등)를 받아서
• 내부 T-CON (Timing Controller) 칩과 드라이버 IC가
  수백만 개의 픽셀(LED 혹은 액정)을 자동으로 정밀하게 제어합니다.

❌ 이건 MCU처럼 단순한 디지털 핀 제어로는 절대 불가능합니다.

2. ⚙️ 밝기 조절, 전원 제어, 메뉴 버튼, OSD(On-Screen Display)

이런 기능은 대부분 모니터 내부에 있는 소형 MCU가 처리합니다.

기능	MCU 사용 여부
전원 On/Off	✅ 내부 MCU가 처리
밝기/명암 설정	✅ MCU가 EEPROM/센서와 함께 처리
OSD 메뉴 표시	✅ MCU가 설정값 기반으로 실행
터치 버튼/리모컨 수신	✅ MCU가 버튼 입력을 감지함

➡️ 즉, 영상이 아닌 보조 기능들은 MCU가 따로 관리합니다.

📦 모니터 내부 구조 예시

[입력 신호 (HDMI/DP)]
        ↓
    [Scaler IC] → 영상 처리
        ↓
    [T-CON 칩] → 타이밍 조절
        ↓
    [Panel Driver IC] → 픽셀 제어

그리고 별도로 ↓

    [MCU] → 버튼, 밝기, 설정, 전원, OSD

🤖 MCU가 하는 일 예시

MCU 내 코드	하는 일
if (brightness_btn == pressed)	밝기 값 10 증가
if (power_btn == pressed)	전체 시스템 전원 off
readLightSensor()	주변 밝기에 따라 화면 밝기 자동 조정

✅ 결론 정리

질문	답변
모니터는 전체적으로 MCU 방식인가요?	❌ 아니요. 영상 제어는 전용 IC와 고속 회로가 담당
일부 MCU가 들어가긴 하나요?	✅ 네! 버튼, 밝기 조절 등 주변 제어용으로 들어갑니다
MCU는 어떤 역할을 하나요?	설정 관리, 버튼/센서 처리, 사용자 입력 처리 등
MCU 방식으로 화면 제어할 수 있나요?	❌ 현실적으로 불가능. 수백만 픽셀 제어엔 고속 신호 필요

7) 그렇다면, P.226에 7세그먼트 디스플레이는 모니터와 관련이 별로 없는데 왜 나올까? 굳이 따지자면 IOT쪽 아닌가?

이 장(7세그먼트 디스플레이와 멀티플렉싱)은 단순히 LED를 켜는 회로 얘기 같지만,
그 속엔 임베디드 시스템, 소프트웨어 제어, 하드웨어 자원 최적화 등
IoT(사물인터넷)과 매우 밀접한 핵심 개념이 들어 있어요.

✅ 제한된 자원으로 세상을 제어하는 법, 그리고 그 기술의 뿌리

📌 핵심 메시지를 정리하면:

숨은 저의	설명
1. "LED 제어는 단순한 물리 현상이 아니다."	MCU가 코드를 통해 하드웨어를 제어하며, 이 과정은 디지털 제어의 본질이자 IoT 기기의 기본 구조
2. "모든 디바이스에 CPU처럼 똑똑한 칩은 없다."	저렴하고 단순한 MCU에서도 효율적인 자원 관리(핀 수 최소화, 전류 제어)를 해야 하며, 이건 실전적인 고민
3. "소프트웨어가 하드웨어를 보완한다."	부족한 핀 수는 멀티플렉싱 + 타이머 + 잔상효과로 커버함 → 이게 바로 소프트웨어적 문제 해결 능력
4. "이것이 IoT 세상의 기본 단위다."	수많은 IoT 기기들이 버튼을 누르면 LED가 켜지고, 숫자를 표시하는 구조로 이루어짐 → 이게 현실 제어의 시작점

🤖 이 장은 사실상 “IoT 시스템의 축소판”

구성 요소	현실 장치 예시
7세그먼트 디스플레이	스마트 계량기, 온도계, 알람시계
MCU + 포트 제어	아두이노, ESP32, 리모컨 내부 칩
멀티플렉싱	키패드, 디지털 숫자창, IoT UI 디스플레이
타이머 + 반복 루틴	깜빡이는 LED, 자동 시간 표시 등
잔상효과 활용	사용자 경험 UX 기법 중 하나

✨ 요약: 이 장이 말해주는 진짜 의미

"컴퓨터가 눈에 보이는 물리 세계를 어떻게 제어할 수 있을까?
그 첫걸음은 아주 작고 단순한 LED 하나를 켜는 데서 시작한다."

그리고 그 LED 하나를 “스마트하게” 켜는 기술이
바로 임베디드 시스템 + IoT 기술의 기초예요.

"7세그먼트 디스플레이는 단지 숫자를 보여주는 창이 아니라,
작은 컴퓨터가 세상을 제어하는 방식 그 자체를 보여주는 창문이다."

✔️ 답은 이렇습니다:

IoT는 컴퓨터의 일부 영역이고, 확장판이기도 해요.
단지 우리가 흔히 생각하는 ‘데스크탑 컴퓨터’나 ‘노트북’ 같은 컴퓨터와는 역할이 다를 뿐이에요.

💻 "컴퓨터"의 정의부터 다시 생각해봅시다.

컴퓨터란?
👉 “입력(Input)을 받아 처리(Process)하고 결과(Output)를 내보내는 전자 장치”

구성 요소	어떤 기기에도 다 있음
CPU (처리기)	명령어 실행
메모리 (RAM, ROM)	임시저장, 코드 보관
I/O 장치	버튼, 센서, 네트워크 등
전원	배터리, 어댑터 등

➡️ 이런 요소들이 들어 있으면 사실상 그것도 ‘컴퓨터’입니다.

🌐 그러면 IoT는?

IoT = "사물(Thing)" + "컴퓨팅 능력" + "네트워크"

• IoT 기기도 CPU, 메모리, I/O를 갖추고 있어요.
• 단지, 사람이 마우스와 키보드로 쓰는 게 아니라,
  센서나 버튼으로 입력을 받고, 네트워크를 통해 반응하는 거예요.

📦 예시: 컴퓨터 vs IoT 비교

항목	데스크탑 컴퓨터	IoT 디바이스
CPU	고성능 (i7 등)	저전력 MCU (AVR, ESP32 등)
입출력	키보드/마우스/모니터	버튼/센서/LED
주된 용도	앱 실행, 인터넷, 업무	환경 감지, 제어, 자동화
운영체제	Windows, macOS, Linux	대부분 Bare-metal, FreeRTOS 등
인터넷 연결	사용자가 직접	자동/센서기반 연결 (WiFi, BLE 등)

➡️ 둘 다 "컴퓨터"이지만, 방향과 대상이 다르다!

🔌 핵심은 이거예요:

✅ IoT는 컴퓨터 구조의 "축소판 + 제어판"입니다.
복잡한 화면 대신 LED, 마우스 대신 센서, 스피커 대신 릴레이를 쓰는 것뿐이에요.

🔁 그래서 결론적으로는…

질문	답변
IoT랑 컴퓨터는 완전히 별개인가요?	❌ 아니요, 기본 구조는 같습니다.
그럼 왜 다르게 느껴지나요?	사용 용도, 처리 방식, 입출력 수단이 다르기 때문이에요.
7세그먼트처럼 버튼, LED 제어는 컴퓨터가 할 수 있어요?	✅ 가능합니다. 다만 MCU 같은 소형 컴퓨터가 더 효율적일 뿐이에요.

“IoT는 컴퓨터 구조를 가장 작게 응축해서, 세상을 제어할 수 있게 만든 기술이에요.
즉, 세상을 읽고 반응하는 '작은 컴퓨터들'의 네트워크죠.”

🎛️ 버튼과 디스플레이가 함께 있는 기기의 비밀 – 멀티플렉싱의 응용편

“입력(버튼)과 출력(디스플레이)을 동시에 하나의 구조로 스캔하면서, 핀 수를 줄이자!”

🧩 문제 상황

디지털 기기를 만들고 있었어요. 숫자도 보여줘야 하고, 버튼도 많아야 해요.
예를 들어 이런 상황이죠:

• 숫자 4개짜리 디스플레이 (00:00 스타일)
• 버튼은 전화기처럼 12개 (1~9, *, 0, #)

❗ 근데 마이크로컨트롤러의 포트 핀 수가 부족합니다!

• 디스플레이: 8핀 필요 (A~G + DP)
• 버튼: 12핀 필요
  총 20핀 이상? → MCU가 감당 못함 😰

💡 해법: 버튼과 디스플레이를 함께 멀티플렉싱한다!

이건 마치…

“버튼과 디스플레이가 같은 통로를 같이 쓰고,
시간을 나눠가면서 동작하게 만든 구조예요.”

🔧 회로 구조 요약

• 디스플레이 A~G 세그먼트 핀 → 포트 A (A0~A7)
• 디스플레이 선택 (자리 1~4) → 포트 B (B0~B3)
• 버튼 입력 → 포트 C (C0~C2)

디스플레이를 하나 선택할 때,
그와 연결된 버튼 열도 같이 연결되도록 구성했어요.

[공통 세그먼트 출력 (A)] → 디스플레이와 버튼 공통
[선택 핀 (B)] → 현재 디스플레이 자리 AND 해당 버튼 줄 선택
[입력 핀 (C)] → 버튼이 눌렸는지 확인

📲 동작 방식 (예: 디스플레이 1번과 버튼 1~3 열 선택 시)

1. 포트 B0만 0으로 설정 → 디스플레이 1번 선택됨
2. 동시에 B0와 연결된 버튼 줄 활성화됨
3. 포트 C 입력을 읽어서 어떤 버튼이 눌렸는지 확인
4. 다음 인터럽트에서 디스플레이 2번(B1)로 넘어감 → 순환 반복

👁️ 잔상 효과 + 스캔 = 사용자는 모른다

• 디스플레이도 멀티플렉싱으로 빠르게 번갈아 켜니까 전부 켜진 것처럼 보이고,
• 버튼도 같은 타이밍으로 스캔하니 따로 핀을 쓰지 않고도 모든 입력이 감지됨!

🧠 주의할 점

• 입력 버튼들은 풀업 저항으로 항상 1 상태 유지
• 눌렸을 때만 0으로 떨어짐
• 실전에서는 오픈 드레인/오픈 컬렉터를 쓰지 않으면 충돌이 날 수 있어요
  → 여러 줄이 동시에 0/1을 연결하게 되면 회로 손상 가능 😵

✅ 요약표

구성 요소	설명
포트 A	디스플레이 세그먼트 출력 (A~G, DP)
포트 B	디스플레이 자리 선택 + 버튼 줄 선택
포트 C	버튼 입력 스캔
멀티플렉싱 방식	디스플레이 하나를 켤 때마다 해당 버튼 줄도 연결
장점	포트를 많이 쓰지 않고도 디스플레이 + 버튼 모두 처리
핵심 기법	시간 분할 스캔, 풀업 저항, 입력 감지와 출력 전환 동기화

🔍 마지막 질문

"디스플레이가 조금 이상해 보일 것이다. 그 이유는?"

• 여러 버튼을 동시에 누르면,
• 디스플레이의 멀티플렉싱 순서와 충돌이 생기면서
  → 세그먼트에 원하지 않은 값이 출력될 수 있어요

예:
1번 버튼을 누르고 있는데, 그 버튼 줄이 선택된 상태에서
디스플레이 자리 바뀌면 다른 자리에 영향이 생길 수도 있음
→ 버튼이 세그먼트 상태에 영향을 주는 순간적인 오작동

“이 회로는 마치, 하나의 무대에서 디스플레이와 버튼이 번갈아가며 조명과 마이크를 공유하며 연기하는 연극 같아요.
타이밍만 잘 맞추면 아주 적은 장비로 멋진 무대를 만들 수 있답니다.”

---

💡 알람시계의 밝기는 어떻게 조절할까?

이 부분은 알람시계나 LED 디스플레이의 '밝기 조절'을 어떻게 구현할 수 있는지에 대한 이야기예요. 핵심 개념은 바로 듀티 사이클(duty cycle)이라는 용어입니다.

📺 디스플레이는 단순히 "켜고 끄는" 것만으로도 밝기가 달라진다

알람시계처럼 작은 전자기기는 보통 7세그먼트 디스플레이를 사용하죠.
이런 디스플레이는 사실 항상 켜져 있는 것처럼 보이지만, 실제로는 아주 빠르게 켜졌다 꺼졌다를 반복합니다.
그리고 이 "켜져 있는 비율"이 바로 밝기를 조절하는 핵심이에요.

🔁 듀티 사이클이란?

LED가 켜져 있는 시간 / 전체 주기 시간 × 100%

모니터에서 밝기 제어, 전원 ON/OFF 등 물리 제어

📊 그림 6-11의 의미

왼쪽 그림

• B0 ~ B3 (4자리 디스플레이 자리 선택)
• 각 자리마다 1/4 시간 동안만 켜짐
• 예: B0 → B1 → B2 → B3 순으로 1칸씩 스캔하며 각 자리 25%씩 ON

➡️ 평균 밝기 = 기준 밝기 (기본)

오른쪽 그림

• 전체 시간을 더 잘게 쪼갬 (8분할)
• 각 자리마다 1/8 시간만 켜짐
• 예: B0 켬 → B0 끔 → B1 켬 → B1 끔 → ...

➡️ 전체적으로 평균 밝기 절반 수준으로 줄어듦

❓ "B0~B3 순서로 1/4씩 켠다"는 건 도대체 무슨 말일까요? 정말 난해하군요.. 휴

이건 멀티플렉싱(Multiplexing) 개념이에요.

7세그먼트 디스플레이는
한 번에 모든 자리를 동시에 켜지 않고,
하나씩 아주 빠르게 번갈아가며 켜는 방식을 씁니다.

🔁 어떻게 돌아가는지 예를 들어볼게요:

디스플레이 자리가 4개 있다고 가정 (예: 시계 12:34)

시간 틱	켜지는 자리	설명
t0	B0	첫 번째 숫자 자리만 켜짐
t1	B1	두 번째 자리만 켜짐
t2	B2	세 번째 자리만 켜짐
t3	B3	네 번째 자리만 켜짐
t4~t7	반복	순서대로 계속 순환

• 실제로는 한 자리만 켜고, 나머지는 꺼져 있어요
• 그런데 이걸 아주 빠르게 (예: 1ms마다) 반복하면?
• 사람 눈은 4개 모두 항상 켜져 있는 것처럼 착각합니다
  (→ 잔상 효과! Persistence of Vision)

질문	답변
컴퓨터 밝기 조절은 MCU가 해요?	✅ 모니터 안의 MCU가 PWM 신호로 조절해요
B0~B3 순서로 1/4만 켜진다는 건?	✅ 각 디스플레이를 빠르게 번갈아가며 켜는 방식 (멀티플렉싱)
그럼 전체 밝기는 어디서 정하죠?	✅ 각 자리별로 켜지는 시간(듀티 사이클)을 줄이면 밝기 낮아짐

"모니터든 알람시계든, 밝기란 건 결국 '얼마나 자주 켜져 있는가'에 달려 있어요.
그리고 그 조절은 항상, 아주 조용히 MCU가 해주고 있답니다."

그래서 "각 자리마다 1/4 시간 동안 켜져 있다"는 말은?
전체 사이클 중, 각 디스플레이는 자신의 차례일 때만 켜진다.
→ 즉, 4등분된 시간 중 1/4만 ON
→ 이게 기본 밝기 수준이 되는 거예요

👁️ 왜 밝아 보이는가? → 인간의 잔상 효과

• 디스플레이가 실제로는 껐다 켰다 반복하지만
• 사람이 느끼기엔 '평균적으로 켜져 있는 시간의 비율'이 밝기로 느껴짐

🎯 중요한 포인트

• 밝기는 디지털 출력값(1/0)의 세기가 아니라, 켜져 있는 "시간의 비율"
• PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조) 기법과 비슷한 원리
• 사람 눈은 순간적인 on/off를 인식하지 못하고 전체 밝기로 느낀다

“밝기는 전구의 세기가 아니라, 얼마나 오래 켜져 있느냐에 달려 있어요.
사람 눈은 속지 않지만, 잔상엔 잘 속거든요!”

정리

MCU와 PWM

❓ 컴퓨터에서 밝기를 조절하는 건 MCU가 하는 거야?

🔌 네! 맞습니다. 대부분의 모니터 내부에는 작은 MCU가 들어 있습니다.

우리가 "노트북 밝기 조절" 키를 누르면:

→ OS가 그걸 감지
→ 디스플레이 장치 드라이버가 명령을 내림
→ 모니터 내부 MCU가 PWM 신호의 듀티 사이클을 조절
→ 백라이트의 밝기를 조절

즉, 밝기를 실제로 바꾸는 건, 모니터 안에 있는 MCU + PWM 회로예요.
우리는 간접적으로 명령만 내리는 셈이에요.

그럼 PWM도 있을까?

✅ 네! 밝기 조절(PWM)을 위해 거의 항상 사용됩니다.

💡 왜 PWM을 쓰냐면요:

• LED 백라이트 밝기를 조절하려면 전류를 조절해야 해요.
• 그런데 전류를 “애매하게 흘리는” 건 어렵고, 비효율적이에요.
• 대신, 빠르게 켰다 껐다 반복해서 시간 비율로 밝기를 조절하는 게 PWM!
• LED를 계속 켜는 게 아니라, 빠르게 깜빡이며 ‘얼마나 자주 켤지’를 정하는 방식

---

🔁 회전 위치를 숫자로 읽는다? – 인코더와 그레이 코드 이야기

🎯 1) 문제 정의: 회전축의 위치를 어떻게 알아낼까?

어떤 장치의 회전축(바퀴, 모터축, 손잡이 등)의 각도나 위치를 알아내려면?

✅ 센서가 필요합니다.
그중 대표적인 게 바로 로터리 인코더(Rotary Encoder)예요.

⚙️ 2) 로터리 인코더란?

회전하는 디스크에 '검은색/흰색 패턴'을 인쇄하고,
광센서가 그것을 읽어 ‘어디쯤 돌아갔는지’를 감지하는 장치

💡 예시:

• 검은색 = 1
• 흰색 = 0
• 인코더 바퀴에 3개의 트랙(비트)을 그려놓으면
  → 총 8개의 상태(2³ = 8)를 표현할 수 있어요!

위치	센서 값 (3비트)
0	000
1	001
2	010
3	011
4	100
5	101
6	110
7	111

😵 그런데 문제가 생긴다!?

인코더가 회전하면서 위치가 바뀌는 딱 그 순간,
3개의 센서가 동시에 딱 바뀌어야 하지만…

❗ 현실은 그렇지 않아요!

• 기계적 미세 오차
• 센서 반응 시간 지연
• 전기 신호 전파 시간 차이

➡️ 결과적으로 2비트 이상이 동시에 바뀌는 순간,
순간적으로 엉뚱한 값이 읽혀지기도 함

📉 예:

• 3(011)에서 4(100)으로 바뀌어야 하는데
• 센서 반응 순서 때문에
• ➜ 011 → 001 → 101 → 100
• 중간에 이상한 값이 튀어나오는 것처럼 읽힘 😵

💥 그럼 어떤 문제가 생길까?
프로그램 입장에서는
“엥? 3 → 1 → 5 → 4…??”
→ 진짜로 바퀴가 뒤로 돌았나 착각할 수도 있어요

⚠️ 이건 로봇 제어, 기계 자동화, 모터 제어에서 치명적인 오류를 만듭니다

🧠 3) 해결책: 그레이 코드(Gray Code)

✅ 그레이 코드는 “각 단계에서 딱 1비트만 바뀌게 설계된 이진 코드”예요.

회전 위치	그레이 코드	변화된 비트
0	000	—
1	001	1개만 다름
2	011	1개만 다름
3	010	1개만 다름
4	110	1개만 다름
5	111	1개만 다름
6	101	1개만 다름
7	100	1개만 다름

이걸 디스크에 인쇄하면?

➡️ 센서가 읽을 때, 한 비트씩만 천천히 변하니까 안정적이고 오류도 거의 없음!

4) 그레이 코드 인코더는 이렇게 생겼다

• 여전히 흰색 = 0, 검은색 = 1
• 디스크에는 그레이 코드에 맞춰 패턴이 인쇄
• 센서는 그걸 읽어 위치를 안정적으로 감지

✅ 센서가 3개라도, 한 번에 바뀌는 건 1개뿐!
→ 중간에 잘못된 상태로 읽힐 확률이 크게 줄어요

보충 설명 : “우리가 쓰는 컴퓨터에서 대체 어디에 ‘그레이 코드’가 쓰이냐? 논리 회로 배울 땐 이런 얘기 없었는데?”

🎯 정답부터 말하자면:

그레이 코드는 우리가 쓰는 ‘PC 내부 논리회로’에서는 거의 안 쓰이지만,
컴퓨터와 연결된 주변 기기(하드웨어 센서, 모터, 디지털 장비 등) 안에서는 많이 쓰여요.

즉, "CPU 연산" 같은 순수 논리회로에서는 안 보이지만,
"컴퓨터와 현실을 연결해주는 회로"에서는 필수입니다.

🧠 왜 논리회로 교과서에서는 안 나왔을까?

• 논리회로 수업은 보통 순수한 CPU 내부 연산 구조를 다루기 때문이에요.
• 그레이 코드는 디지털/아날로그 중간 경계, 즉 하드웨어 센서 쪽에서 필요한 코드입니다.
• 회로 설계자나 임베디드 개발자, 혹은 로봇 제어 개발자들이 쓰는 영역이죠.

💡 한마디로 요약하면?

"그레이 코드는 컴퓨터 안에 있는 게 아니라,
컴퓨터가 현실을 읽기 위해 귀를 기울이는 부분에 쓰인다."

즉, 마우스를 돌리거나, 게임패드를 기울이거나, 3D 프린터가 출력할 때
→ 내부에서 인코더가 위치를 읽고
→ 그걸 오류 없이 컴퓨터로 보내주기 위해
→ 그레이 코드가 쓰이고 있는 거예요!

“그레이 코드는 컴퓨터가 바퀴 소리를 정확히 이해하려고 만든 언어예요.
우리 눈엔 안 보여도, 기계는 그걸로 소통하고 있어요.”

정확히 말하자면 그레이 코드는 마우스에는 잘 안쓰입니다! 밑에 나오는 쿼드러처를 쓰죠!

✅ 정리 요약

항목	설명
로터리 인코더	회전각을 감지하는 센서 디스크 시스템
기존 문제	여러 비트가 동시에 바뀌면서 불안정한 중간값이 발생
해결책	그레이 코드 → 한 번에 한 비트만 변경되도록 설계된 이진 코드
효과	센서에서 신호를 안정적으로 읽을 수 있음

“디지털 세상도 회전할 땐 흔들릴 수 있어요.
그걸 안정시켜주는 똑똑한 언어가 바로 그레이 코드랍니다.”

🎛️ 회전 방향만 알고 싶을 때? – 쿼드러처 인코딩 이야기

✅ 1. 문제: 절대 위치는 몰라도 돼, 변화와 방향만 알면 돼!

예: 자동차 라디오 볼륨 놉

• 차가 꺼졌을 때 돌려도 위치가 고정되어 있지 않음
• 하지만 시동이 걸리면, 돌리는 방향과 변화량만으로 볼륨이 조정됨

➡️ 이게 바로 절대 위치 대신 ‘상대 방향’만 알면 되는 시스템입니다.

🔄 2. 2비트 그레이 코드의 변형: 쿼드러처 인코딩

| 쿼드러처 인코딩 = "변화 방향 + 움직임 감지용 회전 신호 체계" |

• 센서가 2개 (A, B)
• 각 센서가 1비트씩 → 총 2비트
• 패턴: 00 → 01 → 11 → 10 → 00 ... (시계 방향)
• 반대 방향은 역순: 00 → 10 → 11 → 01 → 00 ...

🧭 이걸 보면 방향이 보인다!

변화 패턴	방향
00 → 01 → 11 → 10	시계 방향
00 → 10 → 11 → 01	반시계 방향

🧠 3. 그럼 쿼드러처가 왜 특별해?

비트가 "하나씩만" 바뀌고,
변화하는 순서에 따라 회전 방향을 정확히 알 수 있음!

• 현재 상태 + 직전 상태 → 4비트 (2 + 2)
• 이걸 조합한 테이블이 바로 표 6-1 (총 16가지 상태)
• 여기서 정해진 "정상/비정상" 또는 "시계/반시계 방향" 판별 가능

🎮 4. 어디에 쓰이냐고요?

장치	사용 이유
🖱️ 컴퓨터 마우스	휠 스크롤 방향 감지 (회전 방향과 속도)
🎛️ 오디오 볼륨 다이얼	절대 위치 없이도 볼륨 조절 가능
🔁 로터리 노브	터치 없는 조작기 (차량, 오븐, 리모컨 등)
🤖 로봇 바퀴 센서	몇 바퀴 돌았는지, 어느 방향인지 감지

➡️ ✨ 모터나 바퀴의 '속도'와 '방향'을 추적할 때도 매우 중요!

5. 마우스가 된다고?

책 마지막에 나온 말이 바로 하이라이트예요:

"쿼드러처 인코더 2개를 90도 엇갈리게 배치하고, 가운데 고무 공을 두면 컴퓨터 마우스다!"

정확히 맞습니다!
옛날 볼마우스는 고무 공이 회전 → X축, Y축 인코더가 각각 쿼드러처 방식으로 움직임 감지
➡️ 방향과 속도 계산 완료 ✅

📌 요약 정리

항목	설명
쿼드러처 인코딩	2비트 회전 인코딩 방식, 방향과 변화량 감지
절대 위치 필요?	❌ 아님. 상대 변화만 알면 됨
센서 수	2개면 충분 (A채널, B채널)
동작 방식	순서 변화로 방향 판별
실제 활용	마우스 휠, 다이얼, 스크롤, 로봇 바퀴

“컴퓨터는 바퀴의 위치를 꼭 알아야 하는 게 아니에요.
‘방금 돌았는지, 어떤 방향으로 돌았는지’ 그것만 알면 충분하답니다!”

쿼드러처와 그레이 코드의 차이

“언제, 어디에” 쓰는지가 쿼드러처 인코더와 다를 뿐이에요.

🧭 그레이 코드 인코더 vs 쿼드러처 인코더: 언제 쓰는가?

구분	그레이 코드 인코더	쿼드러처 인코더
🔍 목적	절대 위치를 정확하게 읽기	상대적 움직임/방향만 추적
🧠 기억	전원이 꺼져도 위치 기억 가능	전원이 꺼지면 위치 정보 사라짐
🎯 쓰임새	고정된 각도를 추적 (절대 위치 제어)	돌린 방향, 변화량만 알면 됨
🛠️ 센서 수	n비트 → n개 센서 (예: 8비트 = 8개 센서)	항상 2개 (A채널, B채널)
⚙️ 장점	안정적, 중간상태 오류 없음	센서 수 적고 싸고 단순함
🧪 단점	센서 많고 복잡	잡음에 민감, 초기 위치 모름
📦 사용처	산업용 로봇, CNC 기계, 태양광 추적기 등	마우스, 볼륨 노브, 휠, 스크롤

🧠 정리하면 이런 거예요:

• 정밀한 기계에서 “지금 정확히 어디에 있는지”가 중요한 경우
  → ✅ 그레이 코드 인코더 사용

• 움직였는지만 알면 되는 경우 (회전 방향, 휠)
  → ✅ 쿼드러처 인코더 사용

💬 예를 들어 이렇게 쓰여요:

장치	인코더 방식	이유
🖱️ 마우스 휠	쿼드러처	방향만 알면 됨
🎛️ 오디오 노브	쿼드러처	위치보다 변화량이 중요
🤖 로봇 관절	그레이 코드	절대 각도 추적 필요
🌞 태양광 패널 회전	그레이 코드	정확한 방향 유지 필요
🏭 공장 기계 위치 측정	그레이 코드	정해진 좌표에서 멈춰야 함

✅ 결론!

6-14의 그레이 코드 인코더는 "절대 위치 추적용"으로 지금도 많이 쓰입니다.
단지 마우스나 볼륨 조절처럼 방향만 필요한 곳에서는 더 단순한 쿼드러처 인코더를 쓰는 거예요!

“둘 다 센서이지만, 목적이 달라요.
그레이 코드는 '어디 있는지',**쿼드러처는 '어디로 움직였는지'를 알려줍니다.”

---

📡 병렬에서 직렬로: 선을 줄이기 위한 통신의 진화 이야기

💡 [1] 병렬 통신은 LED 회로에서 시작된다

병렬 통신은 ‘LED 제어’의 확장판이었다

포트 B에 8개의 LED를 연결하고 아스키 문자를 표현한다?

이건 사실상 병렬 데이터 전송과 똑같은 구조예요.

병렬(Parallel)이라는 말은, 각각의 데이터 비트를 동시에 보내기 위해 각기 다른 선을 사용하는 방식입니다.

실제로 예전 컴퓨터에는 IEEE 1284 병렬 포트가 있었어요.
→ 프린터, 스캐너 연결할 때 사용

🚨 [2] 병렬 방식의 진짜 딜레마

빠른 대신 선이 너무 많고, 동기화가 어렵다

• 예전 컴퓨터엔 IEEE 1284 병렬 포트가 있었고, 프린터와 스캐너를 여기에 연결했죠.
• 병렬 포트에는 아스키 문자를 전송하기 위한 8개의 데이터 선이 존재했어요.
• 하지만 데이터 선만으로는 부족했습니다.

❓ 문제는?
“지금 선에 흐르는 값이 진짜 유효한 데이터인지” 알기 어려워요.

🧭 [3] 스트로브 신호: ‘지금이다!’를 알려주는 신호

병렬 포트는 그래서 스트로브 선이 따로 있었어요

• 예를 들어 “ABC”를 보내는데, 선을 감지해서 “AABC”가 될 수도 있어요.
• → 스트로브(strobe) 신호가 0이 되는 순간, 8개 선의 값이 ‘유효하다’고 알려주는 구조

📊 그림 6-16처럼 각 데이터 비트가 동시에 들어오고,

스트로브 신호가 ‘타이밍’을 알려주는 식으로 동작합니다.

⚠️ [4] 선이 많으면 문제가 너무 많다

케이블이 두껍고 비싸며, 잡음에도 약함

• 병렬 포트의 커넥터: 핀 25개
• IDE 케이블: 선 40개
• 단점:
  • 가격 상승 (구리 많이 듬)
  • 신호 간섭, 전파 지연
  • 긴 거리 전송에는 부적합

🔄 [5] 🧠 직렬 통신이 등장한다!

데이터를 하나의 선으로, 시간을 나눠서(bit by bit) 보내면 어떨까?

• 전송에 쓰는 선은 1~2개로 줄이고,
• 각 비트를 시간 순서대로 줄 세워서 보내는 방식
• 핵심 기술 = 시프트 레지스터 (Shift Register)

필요한 건?

• 시계(clock) 또는 시작 신호(start bit)
• 수신자와 송신자 동기화(sync)

보내고 싶은 데이터: 0x42 = 01000010
→ 선 한 가닥에 시간 순서대로 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0

⚙️ [6] 시프트 레지스터의 마법

한 비트씩 밀고 당겨서 직렬 전송 구현하기

• 송신자: 비트를 하나씩 밀어서(out) 내보냄
• 수신자: 비트를 하나씩 당겨서(in) 읽어들임

→ 이것이 직렬 통신의 기본 구조
→ SPI, I2C, UART 등도 다 이 원리를 변형한 것

📘 그림 6-17처럼:

이때 동기화(Clock 동기)가 정말 중요합니다.
→ 한 타이밍만 어긋나도 데이터가 전부 어긋남 😵

⏱️ [7] 마크(Mark)와 스페이스(Space): 통신의 ‘박자 맞추기’

수영 경기의 총성과 같은 시작 비트 개념!

• 라인은 기본적으로 High(1), 즉 "마크" 상태 유지
• 시작할 땐 Low(0)로 떨어져서 "스페이스" → Start Bit
• 그 다음 8비트 데이터, Stop Bit(High)로 마무리

1) 라인은 기본적으로 High 상태 유지 (Idle)
2) Start bit = Low로 떨어짐 (신호 시작 총성!)
3) 그 뒤로 8비트 데이터
4) Stop bit = 다시 High (휴식)

이걸 마크(Mark)-스페이스(Space) 방식이라고 부릅니다.

마치 수영 경기에서 총소리에 반응해 타이머를 시작하는 것처럼 작동해요

🧠 [8] 시간을 나눠 쓰는 기술: 시간 분할 멀티플렉싱

한 선에 여러 비트를 시간 순서로 나눠 넣는다

이 기술은 시프트 레지스터 + 클럭 신호와 함께,
슬롯 개념으로 멀티플렉싱까지 가능합니다.

→ TDM(Time Division Multiplexing)

🧪 [9] 속도를 나타내는 단위: 보 레이트(Baud Rate)

초당 비트 수와는 다릅니다!

• 보 레이트는 ‘초당 기호(심볼) 수’
• 1비트가 1심볼이면 같지만,
• 심볼당 2비트, 4비트를 보내면? → 비트 수 > 보 레이트

📟 [10] 텔레타이프: 전자 없이 동작한 직렬 통신의 원조

키보드 + 프린터가 하나였던 시대의 기계적 혁신

• 텔레타이프 내부에는 아무런 전자 부품이 들어 있지 않고, 축을 회전시키는 모터에 의해 작동된다.
• 캠과 레버로 작동한 기계식 문자 출력
• 신호가 오면 ‘덜컥’거리며 잉크 리본을 때려 글자 출력
• 비동기 통신의 출발점

누른 키에 따라 각기 다른 전기 접점을 움직이도록 축이 돌아가고, 그에 따라 아스키 코드가 만들어집니다.

텔레타이프의 또 다른 멋진 트릭은 반이중half-duplex 연결입니다.

🗣️ 반이중 ↔ 전이중: 서로 말하는 방식의 차이

무전기 vs 전화기 차이와 같다

모드	설명
반이중(Half-duplex)	한 번에 한 방향만 가능 (“오버!”)
전이중(Full-duplex)	양방향 동시 가능 (전화처럼)

🧩 [11] UART: 직렬 통신의 표준 인터페이스

Universal Asynchronous Receiver-Transmitter

• 송신기 + 수신기를 통합한 하드웨어
• 2개의 선 (TX/RX)만으로 통신 가능
• 소프트웨어로 흉내 내는 방식: 비트 뱅잉(Bit-Banging)

🔌 [12] RS-232부터 USB까지: 시리얼 포트의 계보

직렬 포트도 계속 진화해 왔다

표준	특징
RS-232	초기 시리얼 통신, 고전압 방식
RS-485	잡음 강한 산업용 차동 신호
USB	직렬 통신의 최종 진화형, 빠르고 범용

⚖️ [13] 병렬 vs 직렬, 최종 비교 요약

항목	병렬 (Parallel)	직렬 (Serial)
속도	✔ 여러 비트를 한 번에 보냄 → 이론상 빠름	❌ 한 비트씩 순차 전송
선 개수	❌ 많이 필요함 (ex. 8비트 데이터면 8+α 선 필요)	✔ 보통 2~4선이면 충분
하드웨어 가격	❌ 선 많아서 비쌈 (커넥터, PCB 비용 증가)	✔ 선 적어서 저렴함
노이즈/간섭	❌ 동기화, 간섭 문제 생기기 쉬움	✔ 비교적 강건
거리 전송	❌ 짧은 거리에서만 안정적	✔ 장거리 통신에 유리
구현 복잡도	✔ 간단한 경우도 있지만 → 크면 동기화 어려움	✔ 직관적, 간결함

🖥️ 그런데 왜 병렬 코딩은 인기일까?

여기서 말하는 병렬 코딩은 데이터를 동시에 처리하는 CPU 코어의 병렬 처리를 말합니다.
이는 하드웨어가 직렬이냐 병렬이냐와는 좀 다른 이야기예요!

🧠 병렬 코딩 vs 병렬 통신

용어	설명
병렬 통신	데이터를 여러 선을 통해 동시에 전송하는 하드웨어 방식
병렬 코딩 / 병렬 처리	여러 CPU 코어나 스레드가 동시에 다른 작업을 수행하는 방식 (소프트웨어적 접근)

예를 들어 병렬 통신은 키보드가 데이터를 보내는 방식에 대한 이야기이고,
병렬 코딩은 사진을 여러 조각으로 나눠 동시에 필터 처리하는 것 같은 이야기예요!

📌 병렬 통신은 그래서 어디서 사라졌나?

과거:

• 프린터: 병렬 포트 (IEEE 1284)
• 디스크: IDE (40핀 병렬 인터페이스)

지금:

• 프린터: USB (직렬)
• 디스크: SATA (직렬)
• 모니터: HDMI, DisplayPort (모두 직렬 기반)

요즘 세상은 대부분 속도 높이고, 비용 줄이고, 노이즈 줄이기 위해 병렬 통신 대신 직렬 방식을 씁니다.

“병렬 처리(코딩)는 멀티코어 시대의 핵심이고,
병렬 통신(하드웨어)은 지금도 쓰이긴 하지만, 많은 곳에서 직렬로 진화하고 있어요!”

보충 설명 : 직렬 통신 글에서 말하고 싶은 핵심 주제

📚 이 글의 구조와 요지

구간	주제	핵심 요지
⚙️ [6] 시프트 레지스터	직렬 통신의 기본 동작 원리	데이터를 한 비트씩 밀어내고 받아서 전송
⏱️ [7] 마크/스페이스	비동기 직렬 통신 타이밍	Start Bit와 Stop Bit로 데이터 타이밍 맞춤
🧠 [8] 시간 분할	멀티플렉싱 개념 도입	한 선으로 여러 데이터 흐름을 시간에 나눠 전송
🧪 [9] 보 레이트	속도 개념 명확히 하기	보 레이트 = 초당 심볼 수, bps와 다를 수 있음
📟 [10] 텔레타이프	직렬 통신의 역사	타자기 + 전신 → 직렬 방식으로 메시지 전달
🗣️ 반이중 vs 전이중	통신 방향성 설명	무전기처럼 한 번에 한쪽만 말하는 반이중, 전화처럼 동시에 가능한 전이중
🧩 [11] UART	직렬 통신을 위한 표준 하드웨어	Start~Stop 방식, 2선으로 구현 가능
🔌 [12] 시리얼 포트 계보	직렬 통신 기술의 발전	RS-232 → RS-485 → USB로 발전해옴
⚖️ [13] 병렬 vs 직렬	요약 비교	요즘은 선이 적고 안정적인 직렬 통신이 주력

💡 그럼 왜 이런 얘기를 하느냐?

지금 우리가 사용하는:

• 💻 USB 포트
• 📱 스마트폰 데이터 통신
• ⌨️ 키보드 입력
• 🧠 센서 연결 (I2C, SPI 등)

→ 이 모든 것들은 직렬 통신 기술의 후손들이에요.

즉, 이 글은 우리 일상 속 컴퓨터와 전자기기 통신의 기술적 뿌리와 발전 경로를 설명해주는 겁니다.

🧾 한 줄 요약

“선 많고 복잡한 병렬 통신에서 → 선 줄이고 안정성 높인 직렬 통신으로 넘어왔고,
지금 우리가 쓰는 USB, UART 같은 것들은 다 그 연장선에 있는 기술이다.”

❓혹시 궁금할 수 있는 포인트도 미리 정리해드릴게요:

궁금한 점	간단 설명
시프트 레지스터가 왜 중요해?	직렬 통신에서 데이터를 한 비트씩 밀어내는 구조를 만듦
왜 마크-스페이스 방식이라 불러?	옛날 전신에서 '마크 = 잉크 점', '스페이스 = 공백'이었기 때문
텔레타이프가 왜 나와?	현대 직렬 통신의 원조, 전자 없이 물리적으로 동작한 기계식 UART
보 레이트와 bps가 왜 달라?	한 심볼이 꼭 1비트만 나타내는 건 아니기 때문 (예: 4단계 신호 = 2비트)

🧾 결론 요약:

“더 많은 선 = 더 빠름”의 시대는 끝났습니다.
이제는 “적은 선으로 똑똑하게” 전송하는 직렬 통신이 대세예요.

💬 USB, UART, I2C, SPI… 우리가 쓰는 대부분의 기기가 이미
직렬 통신을 사용하고 있다는 것, 기억하세요!

❓ “직렬 통신은 선을 줄이니까 좋은 건 알겠는데… 그럼 느려지는 거 아냐?”

→ 맞습니다. "이론적으로는" 병렬이 빠르고 직렬은 느릴 수 있어요.
하지만, 실제 현실에서는 직렬 통신이 더 빠르고 효율적인 경우가 많습니다.

✅ 병렬 통신이 빠르긴 하지만…

병렬 통신의 이론적 장점
✔️ 8비트 데이터 → 8개의 선으로 한 번에 보냄
✔️ 시간당 더 많은 데이터 전송 가능

❗ 하지만 현실은?

• 신호가 동시에 도착하지 않음 (타이밍 차, 전파 지연)
• 선이 많으면 간섭(crosstalk) 발생
• PCB 설계도 복잡하고 비용 높음
• 멀리 전송할수록 문제가 더 커짐

➡️ 빠른 대신 불안정하고, 설계가 까다롭고 비쌈

✅ 직렬 통신은 느릴 것 같지만…

직렬 통신의 현실적 장점
✔️ 선이 적어 간섭, 잡음에 강함
✔️ 장거리 전송에 적합
✔️ 고속으로 클럭을 높이기 쉬움
✔️ 설계 간단 + 비용 저렴 + 내구성 좋음

🧠 예를 들어 볼게요

1. 병렬 예시: 옛날 하드디스크 인터페이스 IDE

• 40핀 케이블, 잡음 많음, 거리 짧음
• 최대 전송 속도: 133MB/s

2. 직렬 예시: 현재의 SATA

• 단 7핀 케이블, 잡음 적고 선 얇음
• 속도: 최대 600MB/s (SATA 3 기준)

➡️ 병렬보다 직렬이 훨씬 빠르고 안정적입니다!

🔍 왜 더 빠른가요?
= 고속 직렬 통신(High-Speed Serial Communication) 기술 때문이에요

기술	설명
클럭 동기화	직렬은 고정된 속도로 안정된 신호 전달 가능
차동 신호	두 선을 반대로 흐르게 해서 잡음 제거
멀티채널 직렬화	여러 데이터 스트림을 직렬화해서 보내고, 다시 복원
비트 레벨 전송	직렬은 데이터를 더 작고 빠르게 쪼개서 전송 가능

📌 핵심 요약

구분	병렬 통신	직렬 통신
이론 속도	높음	낮음
실제 구현 속도	낮음 (신호 간섭, 지연)	높음 (고속 직렬화 기술)
거리	짧음	김
안정성	낮음	높음
사용 예시	예전 프린터, IDE 등	USB, SATA, HDMI, I2C 등

✅ 결론

직렬 통신은 ‘1개씩 보내서 느릴 것 같지만’,
기술 발전으로 병렬보다 빠르고 효율적인 경우가 많습니다.

💬 한 문장 정리

“직렬 통신은 느린 게 아니라, ‘덜 복잡한 방식으로 더 빠르게 가는 길’을 택한 것”입니다.

📡 마크-스페이스 방식의 한계와 변조(Modulation)의 등장

이 내용은 직렬 통신 방식의 한계, 특히 마크-스페이스 방식의 단점을 극복하기 위해 등장한 변조(Modulation) 기술과 모뎀(Modem)의 원리를 설명하는 중요한 파트

✅ 1) 마크-스페이스 방식의 한계

항목	설명
마크(Mark)	선이 High 상태(1)일 때
스페이스(Space)	선이 Low 상태(0)일 때
문제	전송 거리가 길어지면 신호가 흐려져서 마크/스페이스 구분이 어려워짐
적용 불가 환경	장거리 전화선, 전파 기반 통신 등에서는 신호가 왜곡됨

✅ 2) 해결책: 변조(Modulation) 개념의 도입

우리가 보내려는 디지털 데이터를 어떤 '파동'에 실어 보내는 방식

🌀 반송파 (Carrier)

• 기본이 되는 사인파(주파수 + 진폭)
• 데이터를 실어 보낼 “통신용 파도”

🔄 변조 (Modulation)

• 디지털 신호를 반송파에 실어서 보내는 과정
• 데이터를 단순한 전압 신호가 아니라 특정한 주파수 변화로 표현

✅ 3) 대표적 변조 방식: FSK (주파수 편이 변조)

항목	설명
FSK (Frequency Shift Keying)	0과 1을 서로 다른 주파수로 표현
예시	마크(1) = 1270Hz, 스페이스(0) = 1070Hz
특징	전화선에서도 안정적으로 전송 가능

📘 Bell 103A 모뎀 (1960년대)
→ 전화선 기반 통신에서 FSK 방식으로 전이중(Full-Duplex) 통신을 구현
→ 300 Baud 속도로 문자 데이터를 주파수로 변조해서 송수신

✅ 4) 사인파란?

• 모든 파동의 기본
• 수학적으로 원을 회전시키는 점의 y좌표를 시간 순서로 표현하면 → 사인파
• 사인파의 구성 요소:

용어	설명
진폭 (Amplitude)	파동의 세기 (높이)
주파수 (Frequency)	1초에 반복되는 횟수 (단위: Hz)
파장 (Wavelength)	파동 한 주기의 길이
속도 (v)	파동이 전파되는 속도 (v = λ × f)

✅ 5) 복조 (Demodulation)와 모뎀(Modem)

개념	설명
복조	주파수로 실려온 신호에서 다시 0과 1로 디지털 신호 복원
모뎀(Modem)	변조(Modulation) + 복조(Demodulation)를 수행하는 장치

🎧 영화 속 다이얼업 모뎀 소리
→ 전화선에 신호가 실리며 생긴 FSK 변조 주파수의 실제 음향

📡 모뎀 vs 공유기 차이 정리

1. 🛠 기능 비교

구분	모뎀	공유기
외형	안테나 없음 / 박스형	안테나 있음 / 다양한 크기
기능	- 아날로그 ↔ 디지털 신호 변환 - 홈 네트워크를 인터넷에 연결 - 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 등과 직접 연결 - 모뎀 없으면 인터넷 자체 사용 불가	- 여러 장치를 하나의 네트워크로 연결 - 와이파이, 방화벽, DHCP 등 네트워크 기능 - 유선/무선 연결 모두 지원 가능
중요 포인트	외부 인터넷망을 연결하는 핵심 장치	내부 네트워크를 구성해주는 장치

2. 🌟 장단점 비교

구분	모뎀	공유기
장점	- LAN과 인터넷 연결 시 유용 - 호환성 좋고 데이터 교환에 최적	- 여러 장치와 네트워크 공유 - 생산성 향상 - 다리 역할(브리지 기능) 수행 가능
단점	- 신호 간섭 시 품질 저하 - 연결 거리 제한	- 연결 장치 수 많으면 속도 저하 우려

3. 🔍 구분 방법

항목	모뎀	공유기
안테나	❌ 없음	✅ 있음
설치 위치	신발장, 다용도실, TV 근처 등 다세대 주택 지하 1층(외부 설치 포함)	TV/PC 근처, 집 내부

• 모뎀(MODEM)은 "인터넷과 집을 연결"하는 관문이고,
• 공유기(Router)는 "집 안에서 여러 장치가 인터넷을 공유"하도록 해주는 다리입니다.

모뎀은 ‘밖과 연결’, 공유기는 ‘안에서 나눔’에 초점이 있다고 보면 됩니다.

🏠 가정용 인터넷 연결 구조 설명

1. 외부 통신망 → 집으로 들어오는 케이블

• 벽면에서 나오는 인터넷 회선(케이블, 광케이블 등)
• 이것은 ISP(인터넷 제공업체)로부터 오는 인터넷 신호입니다.

2. 📡 모뎀(MODEM)

• 이 신호는 아날로그 형태이기 때문에,
  모뎀이 디지털 신호로 변환해주는 장치입니다.
• 즉, 인터넷을 집 안으로 들여오는 관문 역할을 해요.
• 여기까지는 "하나의 장치만 연결 가능"합니다.

3. 🔄 공유기(Router) 또는 라우터

• 모뎀에서 나온 인터넷 신호를 받아서,
• 집 안의 여러 기기에 분배(공유)해주는 역할을 합니다.
• 보통 2가지 방식으로 연결됩니다:
  • 이더넷 케이블을 통한 유선 연결
  • 2.4GHz / 5GHz 주파수의 무선 연결 (Wi-Fi)

📌 공유기는 "분배기 + 방화벽 + DHCP" 역할도 합니다.

4. 🎯 최종적으로 기기 연결

기기	연결 방식	설명
데스크탑 PC	유선 연결	안정적이고 빠름
스마트폰 / 태블릿	무선 연결	Wi-Fi로 연결, 이동성 좋음

🔁 요약 정리

[외부 인터넷 회선]
      ↓
   [모뎀]
      ↓
   [공유기]
   ↓        ↓
유선       무선
↓            ↓
PC        스마트폰 등

💬 한 문장 정리

“마크-스페이스 방식은 짧은 거리에서는 유효하지만,
장거리 통신에서는 주파수 기반의 변조 방식(FSK)이 필요합니다.
그래서 등장한 게 바로 ‘모뎀’입니다!”

🔌 USB 통신, 단순하지만 똑똑하다

"USB는 그저 전원 주는 케이블이 아닙니다.
내부엔 정해진 규칙과 체계가 있는 네트워크 구조가 숨어있어요."

✅ 1) USB는 '버스'지만 '자율적'이지 않다

❌ 오해	✅ 실제
모든 장치가 동등하게 자유롭게 말할 수 있음	👉 아니다! 컨트롤러가 모든 걸 관리함

🔧 기본 구조

• 호스트(컨트롤러): 컴퓨터, 스마트폰 등 USB 통신을 총괄하는 쪽
• 종단점(endpoint): 키보드, 마우스, USB 메모리 등 주어진 지시에만 반응하는 쪽
• USB는 모든 장치가 동등한 권한을 갖지 않음

즉, 컨트롤러(주인)만이 말하고 질문하고 데이터 요청을 보냅니다.
장치(종단점)는 응답만 합니다.

📨 2) 패킷(PACKET) 기반 전송

"우체국 소포처럼, USB도 '패킷' 단위로 통신해요."

📦 패킷의 구성

• 헤더(Header): 발신자, 수신자, 타입 등 정보 포함
  (ex. 소포 겉면 주소처럼)
• 페이로드(Payload): 실제 데이터
  (ex. 소포 안에 들어 있는 물건)

📌 왜 중요한가?

• 데이터가 엉켜도 어느 장치로, 어떤 용도인지 알 수 있음
• 비트 스트림을 마구 흘리는 방식이 아니라, 정리된 트래픽 흐름이라는 것

🎵 3) 실시간 오디오·영상도 OK: Isochronous Transfer

"음향·영상은 '실시간'으로 흘러야 하잖아요?"

USB는 단순히 파일만 보내는 게 아닙니다.
시간에 민감한 데이터 (예: 오디오/비디오 스트리밍)도 처리할 수 있도록 특별한 전송 방식이 있습니다.

항목	설명
Isochronous Transfer	등시성 전송. 데이터 전송 타이밍 보장 필요
대역폭 예약	장치가 "1초에 1MB 필요해요"라고 요구 가능
컨트롤러가 결정	대역폭 여유가 없으면 요청 거절할 수 있음

예: USB로 연결된 마이크, 웹캠, 실시간 게임패드 등은 이 방식을 사용해요.

📋 전체 흐름 요약

[Host] 컴퓨터/스마트폰  
   ↓   컨트롤러가 관리  
[Device] 키보드, 마우스, 외장하드 등  
   ↑   컨트롤러가 요청하면 응답

• 전송 단위는 Packet
• 전송 방식은 Control, Bulk, Interrupt, Isochronous로 구분
• 장치는 임의로 말하지 않음 = USB는 중앙 집중형 구조

🧾 핵심 요약

항목	설명
컨트롤러 중심	호스트(PC)가 모든 전송 흐름을 제어
패킷 기반	데이터는 항상 패킷(소포) 형태로 정리되어 전달됨
등시성 전송 지원	시간 민감한 데이터(오디오/영상)를 위한 전송 방식
대역폭 예약 가능	장치가 필요한 통신량을 미리 요청할 수 있음

💬 정리 한 문장

USB는 단순한 전선이 아니라,
네트워크처럼 구조화된 지능형 통신 시스템입니다.
(컨트롤러 중심, 패킷 전송, 시간 예약까지 가능한 고급 통신 구조)

보충정리 두 가지 의미의 USB

🔌 1. USB는 두 가지로 나뉜다

구분	설명
① 인터페이스로서의 USB	데이터를 주고받는 전송 방식(프로토콜). 예: USB 2.0, 3.0, 3.2, Type-C 등
② 저장장치로서의 USB	플래시 기반 저장장치(SSD/USB 메모리 등)를 USB 방식으로 연결한 물리적 장치

📦 2. 우리가 꽂는 "USB SSD"는 어떤 구조?

USB 저장장치(USB SSD)는 다음 두 가지 구성으로 되어 있어요:

[컨트롤러 칩] ← USB 프로토콜 처리
       ↓
[낸드 플래시 메모리] ← 실제 데이터 저장 공간

✅ 핵심 구성요소

구성 요소	기능
USB 컨트롤러	PC에서 오는 USB 신호(패킷)를 해석하고 내부 저장장치로 전달
NAND 플래시	데이터를 전기적으로 저장하는 고속 메모리
(보조: DRAM 캐시)	쓰기 속도 가속을 위한 임시 저장 공간 (일부 SSD에만 있음)

⚙️ 3. USB SSD와 일반 SSD의 기술적 차이

항목	USB SSD	SATA / NVMe SSD
연결 방식	USB (2.0, 3.0, Type-C 등)	SATA, PCIe
인터페이스	USB Mass Storage / UASP	SATA 또는 NVMe
속도	USB 3.2 기준 최대 10~20Gbps	NVMe는 최대 64Gbps 이상
OS 인식 방식	Removable device	Fixed disk (운영체제는 다르게 취급함)
용도	휴대성 중심 (백업, 휴대용 부트 등)	내부 저장장치 중심 (OS 설치 등)

🧠 4. USB SSD는 어떻게 작동하나요?

전송 흐름 예시:

[PC]  
 ↓ USB 프로토콜 (패킷 기반 요청)  
[USB 컨트롤러]  
 ↓  
[NAND 플래시 메모리] (읽기/쓰기)

• PC는 USB 프로토콜을 따라 파일 전송 요청 패킷을 보냅니다.
• 컨트롤러는 이를 해석해서 NAND 메모리에 읽기/쓰기 작업을 지시합니다.
• 이때 패킷은 단순한 신호가 아니라
  주소 정보, 파일 내용, 에러 체크 코드 등이 포함된 구조화된 데이터예요.

질문	답변
USB는 무엇인가요?	통신 방식이자 커넥터 형태입니다. (버스 구조)
USB SSD는 어떤 구조인가요?	USB 컨트롤러 + NAND 플래시 조합
일반 SSD와 기술적 차이점은?	연결 방식, 속도, 내부 통신 방식이 다릅니다
USB SSD도 패킷 기반 통신인가요?	✅ 맞습니다! USB도 TCP처럼 헤더 + 페이로드 구조의 패킷을 사용합니다

USB SSD는 ‘저장장치’지만, 그 속엔 USB라는 통신 프로토콜이 뛰고 있습니다.
단순한 전선이 아니라, 네트워크처럼 동작하는 구조화된 장치예요.