CS 6

최성원·2022년 1월 27일
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Day-6

2장 전자 회로의 조합 논리

-컴퓨터는 어떤 논리로 비트를 다루는가

2. 간단한 전기 이론 가이드

2-1 전기

우리가 컴퓨터를 사용할 때 전기를 사용합니다. 전기 코드를 꼽아서 컴퓨터에 연결해서 사용하죠.
그럼 이 전기는 대체 무엇일까요?
먼저, 전기는 눈에 보이지 않습니다. 그래서 전기를 물에 비유해보도록 하겠습니다. 물은 눈에 보이니까요.
이 그림을 물탱크라고 해보겠습니다. 그러면, 물을 쓰려면 물탱크에 물이 있어야겠죠. 그래서 물이 없으면 다시 물탱크에 물을 충전합니다.

전기도 마찬가지입니다. 전기를 쓰려면 어디서 가져와야겠죠. 전기는 배터리에서 가져다 쓸 수 있습니다. 그리고 전기를 다 쓰면, 마찬가지로 배터리를 충전합니다.
그럼 이 전기는 어떤 원리로 사용되는 걸까요? 전기는 어떻게 움직이는 걸까요?
이번에도 물에 비유를 해볼건데요, 간단한 벨브로 비유해보도록 하겠습니다.
아래 그림을 보면 밸브를 열고 닫는 손잡이가 있습니다. 왼쪽 그림에서 밸브가 닫혀있을 떄는 물이 흐르지 않습니다. 그리고 오른쪽 그림에서는 밸브가 열려있어서 물이 흐를 수 있죠. 우리는 이것을 0과 1로 가정해서 표현해볼 수 있습니다. 닫혀서 물이 흐르지 않는 상태를 0, 물이 흐르는 상태는 1로 표현해보겠습니다.


자, 물에 대한 얘기를 너무 많이 했기 때문에 다시 우리가 뭘 하고 있었는지 한 번 정리하고 넘어가도록 하겠습니다.
우리는 지금 전기를 어떻게 사용하는지 알아보고 있습니다. 그리고 전기를 물에 비유하고 있습니다.
그리고 좀 전에 흐르지 않는 상태를 0 흐르는 상태를 1에 비유해보았습니다.
그리고 0과 1을 여기서 사용해볼겁니다.
그림에서 가장 아래 부분 밸브는 물이 흐르고 있습니다. 
둘다 밸브가 열려있기 때문에 물이 흐르는 것입니다.
그러니 즉, 왼쪽 밸브가 열려서 물이 흐르는 상태이고(우리는 흐르는 상태를 1로 하기로 했습니다), 오른쪽도 밸브가 열려서 흐르는 상태입니다. 둘다 밸브가 열려야 물이 흐른다.
왼쪽, 오른쪽이 모두 조건이 성립해야 흐른다. AND연산으로 볼수 있습니다.

아래 그림도 살펴보겠습니다.

먼저 1번은 밸브가 둘다 닫혀있기 때문에 물이 흐르지 않습니다.

2번, 한 쪽은 닫혀있지만 한 쪽이 열려있기 때문에 흐를 수 있습니다.

3번, 3번도 한쪽은 닫혀있지만 한 쪽이 열려있기 떄문에 흐를 수 있습니다.

4번, 4번은 둘다 열려 있기 때문에 당연히 흐를 수 있습니다.

여기서 2번과, 3번은 한 쪽만 열려있어도 흐른다. 즉 OR연산이라고도 볼 수 있습니다.

우리는 물에 전기를 비유하고 있습니다. 밸브가 있는 파이프에 비교하고 있었죠.

물이 파이프 안에서 흘러가는데에는 시간이 걸립니다.
전기도 컴퓨터 내부(칩)에서 전파되기까지 시간이 걸립니다.
이러한 것을 전파지연이라고 부릅니다.

물이 파이프를 흘러가는 것처럼 전기도 선을 통해 이동합니다.
이 전기 선은 두 부분으로 구성되어 있습니다.

내부에 있는 금속을 도체(전기가 흐름), 외부에 둘러싼 부분을 부도체(전기가 흐르지 않음)라고 부릅니다.

그리고 물이 흘러가는 것을 밸브로 제어하는 것처럼, 전기를 제어하는 것을 스위치라고 부릅니다.

물에서 수압이라고 부르는 것은 전기에서 전압(전기 압력)이라고 부릅니다. 그리고 전압의 측정 단위를 볼트라고 부릅니다.

그리고 전기 흐름의 양은 전류라고 부릅니다. 그리고 전류의 측정 단위를 암페어라고 부릅니다.

다시 파이프에 흐르는 물로 되돌아가봅시다. 물이 빨리 흐르려면 파이프가 굵어야겠죠. 파이프가 가늘면 물이 흐르는데 한참 걸릴 것입니다. 이 방해되는 요소를 저항이라고 합니다. 전기도 마찬가지로 너무 가는 도체(전기 선 내부에 있는 금속 : 전기가 흐름)를 사용하면 저항이 커집니다. 그리고 이 저항을 측정할 때는 '옴'을 씁니다.

옴의 법칙 이라는 것이 있다고 합니다. 옴의 법칙의 식은 이렇습니다. 숫자를 예로 들어보겠습니다. 15를 3으로 나누면 5이지만, 15를 5로 나누면 3입니다. 그러니 저항의 값이 커지면 전류(전기의 흐름)는 줄어들겠죠.(가는 관(저항)에서 물이 잘 흐르지 못하는 것을 생각해보기)

  • 전류는 전압을 저항으로 나눈 값과 같다.

참고로 이 저항은 전기를 열로 바꾼다고 합니다. 이 원리를 사용해 토스터, 전기담요 같은 전열기구를 작동합니다.

  • 저항이 값이 작아야 더 많은 열이 발생한다고 합니다. (가정용 220V 기준)

다음은 저항에 따른 전류 그림인데요, 앞서 설명했던 내용과 같아서 넘어가도록 하겠습니다.

(저항이 크면 전기 잘 못 흐름, 저항이 작으면 잘 흐름)

2-2 스위치

자, 아까 물을 제어하는 것은 벨브, 전기를 제어하는 것은 스위치라고 했습니다.

스위치에 대해 알아보도록 하겠습니다.

스위치의 원리는 이렇습니다.

우리는 불을 켤 때 스위치를 누릅니다. 스위치를 누르면 전기가 연결되는 부분이 맞닿아서 불이 켜집니다. 그리고 스위치를 끄면 더 이상 연결 부위가 맞닿지 않기 때문에 전기가 끊기게 되어 불이 꺼집니다.

이러한 전기 시스템을 회로라고 부르며, 아래의 그림처럼 기호로 나타낼 수 있습니다. 그리고 이 기호를 스키매틱이라고 부릅니다.

마지막으로 스위치의 종류에 대해 알아보겠습니다.

  1. 단극단투 스위치

: 일반적인 스위치. 방 안에 달려있는 스위치라고 생각하면 됩니다.


2. 단극쌍투 스위치

: 2군데에서 하나의 전등을 껐다 켰다 하는데 사용합니다.


3. 쌍극쌍투

: 전화기는 1개인데, 회선이 2개인 경우 이 스위치를 사용해서 회선을 선택 사용한다고 합니다.

  • 스위치 종류 더 자세히 :

1.  http://kor.pe.kr/make/reference/switch/

2. https://devicemart.blogspot.com/2019/04/3_23.html

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각성구

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