컴퓨터구성 (3)

남율·2023년 9월 25일

CS 컴퓨터구성

9/14(목) 요약정리

1-5. Combinational Circuits(조합 회로)

입력 변수들의 신호값들이 들어오는 즉시 출력값으로 바로 결정됨.
논리 소자들로 구성된 조합 회로를 통과하는데 걸리는 시간 → 없다 라고 간주.

순차 회로

조합 회로 중간 중간에 기억소자가 들어가는 것 : Flip Flop(1비트짜리 정보를 기억함) 이라고 함
ex) 자판기를 생각하면 됨. 100원 투입 → 아무것도 선택 불가능, 1000원 넣음 → 콜라 먹을 수 있음. 입력값들이 계속 들어오고, 그걸 저장해놨다가 만족할 만한 값이 들어오면 그때 출력.

Analysis(분석)

Logic circuits diagram —>. Boolean function(불리언 함수식) of Truth Table(진리표)
회로가 주어지고, 어떻게 동작하는지 찾아내는 것

Design(설계) : Analysis의 반대

문제 이해
입출력 변수의 이름 걀정
진리표(Truth Table) 작성
간소화 (Simplify Boolean Function) : K-Map / Boolean 대수 이용
논리 회로(Logic circuit diagram) 그리기

Ex)

Design Example : Half Adder

조합 회로. 한 비트짜리 입력 두개를 받아서 더하는 것.
2 Input (x, y), 2 Output( S : sum, C : carry )
진리표(Truth Table)

여기서 carry 값은 두 입력값이 1,1 일 때만 생김

간소화 (Simplification)

두번째 그림에선 compliment 때문에 carry가 생기는 경우가 더 있음

논리 회로 (Logic circuit diagram) / 6. Block diagram

5. or 게이트 통과시키면 sum, and 게이트 통과시키면 carry 6.  x, y 입력, 출력은 sum과 carry, 가운데는 Half Adder의 약자

Full Adder

조합 회로인데, 3개의 입력값들을 서로 더하는 것. 전 단에서 올라오는 Carry값도 같이 공유.
3개의 input, 2개의 Output
진리표 (Truth table)

간소화 (Simplification)

왼쪽 K-Map의 경우 정석의 그루핑이 아님(최대한 크지가 않음). 여기선 Full Adder는 Half Adder 두개를 이용해서 구성할 수 있다는 걸 보여주기 위해서 이렇게 함.

오른쪽 그림은 네 개의 민텀들로 표현할 수밖에 없음. 노란색 박스는 Exclusive NOR에 해당하는 부분이 안의 내용과 같이 전개해서 나온다는 것을 보여줌.

논리 회로 (Logic circuit diagram)

XOR를 이용해서 x, y를 입력으로 넣고, z값과 AND 시킴. xy를 AND로 묶는 것은 그 아래 AND게이트에서 해줌. 그것의 출력 값을 OR, XOR로 묶어서 carry, sum 값 나오게 함.

Half Adder 두개로 Full Adder를 보여줄 수 있다는 것이 설명됨.

입력값 x,y,z 세 개, 출력값은 sum, carry 두 개.

ex )

출력값이 1이면 입력으로 1의 개수가 더 많이 들어왔다는 것. 0이 더 많다 - 2, 3개의 입력 값이 0이면 0으로 튀어나온다. 짜장면 1, 짬뽕 0으로 생각하면 이해 쉬움.

1-6. Flip-Flops

한 비트짜리 기억 소자. 순차 회로는 논리 소자 + F/F

SR(Set/Rest) F/F

Clock값이 들어와야 Flip Flop이 동작함.

Q : 들어온 값을 그대로 내보내는 것.

Q 바 : 0들어오면 1, 1들어오면 0을 내보냄

CLR : 신호 들어오면 값이 다 0으로 clear

SET : 1로 set 시켜줌

Q(t+1) : 다음 상태

Q(t) : 현재 상태.

? : 다음 상태는 1이 될지 0이 될지 모른다. 랜덤 결정.

난수 발생에 SR 여러개 갖다붙혀서 이용할 수도 있음.

JK(Jack/King) F/F

J는 SET, K는 RESET으로 이해하면 쉬움.

단자는 다 비슷함.

D(Data) F/F

입력 단자가 위의 것들보다 하나 적고, 간단히 동작함.

0들어오면 0, 1들어오면 1.

특징
‘no change’ condition이 없음. 그냥 D에 값이 물리면 값이 결정되어버림.

해결법

1) Disalbe Clcok (Clock에 신호값이 안 물리도록)

2) Feedback output into input (출력 값을 피드백 시켜서 다시 입력으로 넣어주면)

Control bit라는 입력 신호가 들어옴.

1이 물리면 변화 없음. D F/F 때문에 이미 들어간 값을 다시 돌려서 D로 들어가게 해줌.

새로운 값 받아들이고 싶으면 0을 물림. 위에 있는 AND게이트는 동작 안 하는 것과 같음. AND Gate의 출력이 무조건 0이 나오기 때문임.

밑에 있는 것은 출력값이 , NOT Gate를 통해 1이 들어오면 나머지 입력 값은 새로운 값 주고 싶은 것을 AND Gate로 들어오게 함. 두 개의 입력값 중 하나는 이미 1이라서 D값이 1이면 출력은 1, 0이면 0이 나옴. 그 값이 D단자로 들어가고, 이런 방식으로 동작함.