1. 디지털 논리 회로 및 데이터 표현(수정 중)

하나.

시스템의 두 가지 정의

블랙박스 시스템 – 입력과 출력이 있는 블랙박스

블랙박스 – 시스템의 내부 동작과 동작 원리가 사용자나 외부에 직접적으로 알려지지 않은 상태.
시스템의 보안을 강화하고 다른 상호 작용 시스템과의 통합을 용이하게 합니다.

구성 요소 집합으로서의 시스템 – 목표를 달성하기 위해 함께 작동하는 특정 규칙에 따라 구성된 구성 요소 집합

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아날로그와 디지털

일반적으로 데이터는 아날로그 또는 디지털 형식으로 나타낼 수 있습니다.

아날로그 – 데이터를 연속 값으로 나타냅니다.

디지털 – 연속 값을 근사하여 이산 값으로 데이터를 나타냅니다.

디지털 시스템

– 입력과 출력이 디지털 데이터인 시스템.

– 집적회로 기술이 급속히 발전함에 따라 주로 집적회로를 이용하여 설계된다.

디지털 시스템의 장점

편의성과 단순성 – 디지털 시스템의 데이터는 이진수 0과 1로 표현되기 때문에 컴퓨터나 네트워크와 같은 디지털 매체를 통해 쉽게 저장하고 전송할 수 있습니다. 이 때문에 시스템 설계도 단순하고 아날로그 시스템보다 설계하기 쉽습니다.
유연성 – 디지털 시스템은 소프트웨어 프로그램으로 쉽게 수정할 수 있습니다. 즉, 하드웨어를 변경하지 않고 소프트웨어를 수정하여 시스템의 기능을 쉽게 업그레이드하거나 새로운 기능을 추가할 수 있다.
안정성 – 디지털 회로는 0 및 1 상태 신호만 유지하면 되므로 아날로그 시스템보다 훨씬 안정적이며 장기간에 걸쳐 일정한 성능을 유지할 수 있습니다.
견고성 및 정확성: 정확한 전압 판독값에 의존하는 아날로그 시스템과 비교할 때 디지털 신호는 상태 0과 1에서 전송되므로 왜곡된 신호도 쉽게 재현할 수 있습니다.
경제성: 디지털 시스템은 대량 생산 및 자동화가 가능하기 때문에 아날로그 시스템보다 경제적입니다. 대용량 데이터 처리 및 저장 용량 시스템 구축에도 적합합니다.

디지털 시스템 설계 및 논리 회로

– 디지털 시스템의 설계 단계

회로 설계 단계 – 논리 회로의 기본 요소인 게이트, 단위 저장 요소인 플립플롭과 같은 단계. 논리적 요소닫다 활성 항목그리고 패시브 요소(능동소자 – 트랜지스터, 다이오드 등 / 수동소자 – 저항기 등)을 연결하는 단계입니다.
회로 설계 시 전자부품 선정, 회로 구성, 회로 동작 검증 및 최적화 등의 작업을 수행합니다.
논리 설계 단계 – 논리 회로메이크(조합논리회로, 순차논리회로) 논리적 요소이것은 연결 단계를 나타내며 논리 설계의 경우 각 회로 요소의 동작을 논리식으로 설명합니다.
시스템 설계 단계 – 논리 회로를 연결하여 프로세서, 입출력 컨트롤러 등을 설계하는 단계입니다. 시스템을 설계할 때 입력과 출력의 속성과 데이터 표현 방법이 결정됩니다.
물리적 설계 단계 – 회로 및 논리 설계 단계에서 내린 결정에 따라 구성 요소는 시스템 설계 단계에서 인쇄 회로 기판(PCB) 또는 와이어 랩 보드에 배치됩니다.
개별 설계 단계를 실행할 때 개별 설계 단계 간의 연결을 고려해야 합니다.

– 디지털 논리 회로 개요

디지털 논리 회로
– 바이너리 디지털 로직을 논리 게이트로 구현
– 디지털 시스템을 구현하는 기본 요소
– 디지털 시스템의 로직 설계 단계에서 설계된다.
– 크게 조합논리회로와 순차논리회로로 나눌 수 있다.
조합논리회로와 순차논리회로
– 기억소자의 유무에 따라 분류할 수 있다.
– 조합 논리 회로: 현재의 입력 신호에 따라서만 출력 신호를 결정하는 회로입니다. 입력이 변경되면 출력이 즉시 변경되며 향후 입력이나 현재 상태의 영향을 받지 않습니다. (가산기, 디코더 등)
– 순차 논리 회로: 현재 입력과 이전 상태에 따라 출력을 결정하는 회로. 즉, 입력과 상태를 기억하고 이를 사용하여 다음 상태를 결정합니다. 이전 상태와 입력을 기반으로 다음 상태를 결정하는 순차 논리 회로를 순차 회로 또는 순차 회로라고 합니다. (레지스터, 플립플롭, 카운터 등)

삼.

컴퓨터 시스템

전자 데이터 처리 시스템 – 시스템과 관련된 컴퓨터 분석으로 정의됩니다.
– 개별 구성 요소의 기능은 무엇입니까?
– 무엇으로 만들어져 있나
– 인풋과 아웃풋은 무엇인가
– 5가지 구성 요소: 하드웨어, 소프트웨어, 데이터, 프로세스 및 사람

컴퓨터 하드웨어 구성

컴퓨터 하드웨어 측면에서 컴퓨터는 입력 장치, 저장 장치, 컴퓨팅 장치, 컨트롤러 및 출력 장치로 구성됩니다.
입력 장치: 외부에서 데이터를 입력 받습니다.
저장공간 : 데이터를 저장하고 저장합니다.
계산기: 데이터에 대한 산술 및 논리 연산을 수행합니다.
컨트롤러: 데이터 처리가 올바르게 수행되도록 다른 구성 요소를 제어합니다.
출력 장치: 처리된 결과를 외부로 내보냅니다.

집적 회로

디지털 회로는 집적 회로로 구성됩니다.
집적 회로(IC)
– 디지털 게이트의 기능을 수행하는 전자 장치를 포함하는 작은 실리콘 반도체 결정.
– 하나의 칩에 다수의 논리게이트를 집적한 전자회로로서 집적회로를 이용하면 아주 작은 공간에 많은 수의 논리게이트를 구현할 수 있다.
– 회로의 목적을 달성하기 위해 칩 내의 다양한 게이트가 함께 연결됩니다.

집적 회로의 통합 수준

칩에 통합된 게이트의 수를 말합니다.
1971년에 출시된 Intel의 4004 마이크로프로세서는 2300개의 프로세서로 구성되었으며 약 2,500개의 게이트 밀도를 가졌습니다.
현재 마이크로 프로세서에는 수십억 개의 트랜지스터와 수백만 개의 게이트가 포함되어 있습니다.
최신 전자 제품은 통합 수준이 높을수록 전자 회로를 구현하는 데 필요한 공간과 전력이 적기 때문에 더 작고 가볍고 효율적이며 강력합니다.

– 소규모 통합(SSI)

1~10개의 게이트가 있는 IC(예: NAND 게이트, AND 게이트)
단일 패키지에 여러 개의 독립 게이트가 내장된 게이트입니다.
입력 및 출력은 패키지의 핀에 직접 연결됩니다.

– 중간 통합(MSI)

10~100개의 게이트가 있는 IC(예: 4비트 이진 가산기, 특정 디지털 기능, 디코더, 레지스터)

– 대규모 통합(LSI)

수백 개의 게이트가 있는 IC(예: 메모리, 마이크로프로세서, 프로그래밍 가능 모듈)

– VLSI(Very Large Scale Integration)

수천 개의 게이트가 있는 IC(예: 고성능 마이크로프로세서, 대용량 메모리 어레이)
작은 크기와 저렴한 비용은 이전에 비경제적이라고 여겨졌던 구조물의 설계를 가능하게 했으며 컴퓨터 시스템 설계 기술에 큰 영향을 미쳤습니다.

– ~~짱짱 대규모 축적~~초대형 통합: ULSI

수억 개의 트랜지스터가 있는 IC(예: 대용량 메모리, 고성능 그래픽 카드, 인공 지능)

집적 회로의 특성

– 디지털 논리회로의 특성은 논리회로를 구성하는 기본게이트의 기본회로를 분석하여 얻어진다.

무리지어 나가다
– 제공된 출력 단자에서 출력 신호를 몇 개의 입력 단자로 전달할 수 있는지를 나타내는 숫자입니다.
– 출력 신호를 공급할 수 있는 입력 수를 나타냅니다.
– 출력 팬이 크면 출력 신호를 여러 입력에 공급할 수 있어 회로의 유연성을 높일 수 있습니다.
팬인
– 입력 신호가 제공되는 입력 포트에서 몇 개의 입력 신호를 받을 수 있는지를 나타내는 값입니다.
– 입력 포트에서 수신할 수 있는 입력 신호의 개수를 나타냅니다.
– fan-in이 큰 경우 하나의 입력 포트에서 많은 입력 신호를 받을 수 있어 회로 구현이 용이하다.
전력 소비
– 집적회로가 동작하는 동안 소모되는 전력을 나타낸다.
– 집적도가 낮아질수록 소비전력은 감소하지만 회로가 복잡해질수록 소비전력은 증가할 수 있습니다.
– 단위는 mW(밀리와트)로 표시되며 게이트의 실제 소비전력을 나타냅니다.
– 이 번호는 전원이 하나의 전원에서 포트로 전송될 때 적용되며, 한 포트에서 다른 포트로 전원이 전송될 때는 적용되지 않습니다.
전파 지연 시간
– 집적 회로가 입력에 대한 출력을 얻는 데 걸리는 시간을 나타냅니다.
– 집적회로의 크기가 작아질수록 속도는 증가할 수 있지만 회로가 복잡해질수록 속도는 감소할 수 있으므로 최적의 속도와 소비전력을 가진 회로를 설계해야 한다.
– 전파지연시간의 단위는 ns(나노초)이며, 다단으로 구성된 집적회로에서 각 단의 전파지연시간을 총전파지연시간이라고 한다.
신호 대 잡음비
– S/N비는 회로의 기능을 정상적으로 수행할 수 있는 노이즈 전압의 최대값을 의미합니다.
– 집적회로 크기가 작아지면 노이즈가 증가할 수 있습니다.

디지털 로직 어레이

논리 게이트로 디지털 논리 회로를 구축하는 데 사용되는 전자 부품 세트입니다.
디지털 논리 회로는 기본 회로 설계(NAND 또는 NOR)를 공유하는 집적 회로로 구성된 집적 회로 그룹입니다.
각 논리 행은 서로 다른 전압 레벨, 소비 전력, 전파 지연 등의 특성을 가지며 용도에 따라 선택되어 사용됩니다.
대표적인 디지털 로직 계열 – TTL, CMOS, ECL, MOS 등

긍정 논리와 부정 논리

정논리와 부논리는 논리 게이트의 출력이 논리 1과 논리 0을 나타낸다는 점에서 다릅니다.
정논리에서 논리 1은 고전압 또는 전압 상태를 나타내고 논리 0은 저전압 또는 무전압을 나타냅니다.
부논리에서 논리 1은 저전압 또는 무전압을 나타내고 논리 0은 고전압 또는 전압 상태를 나타냅니다.
포지티브 및 네거티브 논리는 논리 게이트에 사용되는 전압의 크기와 방향에 의해 결정됩니다.
이러한 차이는 전력 소비, 노이즈 마진, 논리 회로 구성 등에 영향을 줄 수 있습니다.

산수

산수
– 숫자를 숫자로 표현하는 방법입니다.
– 번호 위치에 따른 가중치.
– 웨이트는 베이스의 승수(힘)를 사용합니다.
– 밑수는 2보다 크거나 같은 양의 정수입니다.
베이스 r
– 밑이 r(r ≧ 2)인 경우를 r을 밑이라고 한다.
– r개의 숫자(0, 1, 2, …, r-1)로 표시됩니다.
r진수로 표현되는 수를 r진수라고 한다.
– r진수임을 나타내기 위해 r진수의 우측 하단에 r진수를 적는다.

십진수 변환

– 기본 r의 십진수 변환