CS 10

최성원·2022년 2월 4일

CS

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Day-10

3장 메모리와 디스크의 핵심: 순차논리

-컴퓨터는 비트를 어떻게 기억하는가

1-1 시간 표현과 상태 기억

게이트가 있는 래치

NAND 결과표
하나라도 0이면 출력값은 1이고, 입력값이 1이 있다면 나머지 입력값에 따라 결과가 달라진다.

앞에서 배운 S-R래치에 게이트와 OR게이트 한쌍을 추가한 것.

gate-bar값이 1일 때
set-bar와 reset-bar가 어떤 값이든지 상관 없이 출력은 그대로이다. (q = 1).

gate-bar값이 0일 때
set-bar와 reset-bar값에 따라서 출력이 변한다.

우리는 이를 통해서 게이트가 있는 래치는 gate-bar값이 0일때(gate값이 1일때)는
입력값을 출력에 반영하는 것이 가능하다.
반면에 gate-bar값이 1이라면 set또는 reset값과 무관하게 기존의 출력을 유지한다.
즉, gate를 통해서 S-R래치를 껐다 켰다 할 수 있게 된 것이다.

게이트가 있는 D래치

입력값을 set과 reset 두가지로 유지하는 것이 불편하기 때문에
등장한 것이 인버터를 추가한 게이트 방식이 존재한다.
이를 게이트가 있는 D래치라고 한다.

즉, 이제는 인버터를 통해 D값 하나의 입력만으로 게이트가 있는 S-R래치를 다루는 것이 가능해졌다.

다만 게이트가 있는 S-R 래치는 치명적인 단점이 존재한다.

게이트가 있는 S-R 래치는 level- trigger 방식이다.

예를 들어서 지금처럼 positive-level trigger 방식이라면
3번구간에서 한 게이트값에 두개의 입력(D)가 존재하기 때문에 문제가 생긴다.
예를 들어 외부적 요인이나 잡음 등으로 잠깐 입력값이 바뀌었을 뿐인데
출력값이 바뀌어버리는 결과가 나타날 수 있는 것이다.
그래서 등장하게 된 개념이 edge-trigger방식이다.

예를 들어서 지금처럼 positive-edge trigger 방식이라면
3번구간에서 한 게이트값에 두개의 입력(D)이 존재하더라도
출력값에는 영향을 주지 않아 문제가 없다.
예를 들어 외부적 요인이나 잡음 등으로 잠깐 입력값이
바뀌어도 출력값이 바뀌지 않는 결과가 나타날 수 있는 것이다.
바로 이 edge trigger 방식을 사용하는 것이 플립플롭이다.

플립플롭

구조가 굉장히 복잡하니 오른쪽의 두 게이트는 S-R 래치와 동일하므로
그 부분을 제외한 나머지 부분만 가지고 어떤 논리로 돌아가는지 살펴보자.
클록이 0이면 D값이 어떤 값이던지 간에 S-bar와 R-bar는 항상 1이다.
클록이 1이고 R-bar가 0인 경우 D 값이 0 이던 1이던 상관없이
무조건 S-bar는 1이고 R-bar는 0이다.
클록이 1이고 S-bar가 0인 경우 D 값이 0 이던 1이던 상관없이
무조건 S-bar는 0이고 R-bar는 1이다.
결론 : 모든 경우의 수를 따져봤을 때 클록이 0이면 S-bar와 R-bar는 무조건
1이고 클록이 1일때는 S-bar와 R-bar가 1, 0 또는 0, 1의 값을 갖는다.
이 과정에서 입력값(D)가 미치는 영향은 전혀없다!
이 점이 앞의 게이트가 있는 S-R 래치와의 결정적인 차이점이다.

이번에는 클록값을 변경하는 경우를 살펴보자.

D값이 1일때 우리는 클록값이 0에서 1로 바뀔 때 S-bar값이 1에서 0으로 바뀌고
R-bar값은 그대로 0에서 0이라는 것을 확인할 수 있다.
S-bar와 R-bar가 0, 1이라면 S-R래치에서 출력값이 1이기 때문에
우리는 클록값이 0에서 1로 바뀔때 입력값인 1이 결과로 출력됨을 확인할 수 있다.
다른 경우로 D값이 0일때 우리는 클록값이 0에서 1로 바뀔 때 S-bar값이 1에서 1로 그대로고
R-bar값은 1에서 0으로 바뀐다는 것을 확인할 수 있다.
S-bar와 R-bar가 1, 0이라면 S-R래치에서 출력값이 0이기 때문에
우리는 클록값이 0에서 1로 바뀔때 입력값인 0이 결과로 출력됨을 확인할 수 있다.
플립플롭 결론:
D값의 변화는 전혀 출력값에 영향을 주지 않고 클록값의 변화로만 플립플롭을 껐다 켰다 할 수 있다.