[한 권 컴퓨터 구조와 프로그래밍] 2장 - 전자 회로의 조합 논리

컴퓨터는 어떤 논리로 비트를 다루는가

디지털 컴퓨터의 사례

  - 아날로그와 디지털의 차이

    - 계산자(Slide Rule)는 수학적으로 연속적이므로 실수도 표현 가능 => 아날로그

      - 정밀도의 문제로 계산이 힘듦

    - 손가락은 이산적으로 정수만 표현 가능 => 디지털

  - 하드웨어에서 크기가 중요한 이유

    - 컴퓨터에서 전자의 여행 시간을 최소화하는 방법은 부품을 가능한 한 가깝에 위치시키는 것 뿐임

    - 하드웨어를 작게 만들면 저 전력 소모와 열 발생 감소로 이어지지만 여러 문제 발생 가능

  - 디지털을 사용하면 더 안정적인 장치를 만들 수 있다

    - 하드웨어를 작게 만들면 속도와 효율은 좋아지지만,

       물체가 너무 작아지면 서로 간섭하기 아주 쉬워짐

    - 이산적인 장치는 판정 기준이 있음

    - 더 높은 판정 기준을 통해 잡음 내성(noise immunity)을 갖는 디지털 회로 사용이 필수적임

  - 아날로그 세계에서 디지털 만들기

    - 판정 기준 (Threshold)

    - 왜곡을 통해 연속적인 공간을 이산적인 영역으로 나눠줌

      - 안정성과 잡음 내성 확보 가능

  - 10진 숫자 대신 비트를 사용하는 이유

    - 비트를 사용하는 것이 숫자보다 훨씬 효율적임

      - 전이 함수가 아주 가파르기 때문에 출력이 한 값에서 다른 값으로 아주 급하게 바뀌어

         판정 기준 설정 편함

간단한 전기 이론 가이드

  - 전기는 수도 배관과 유사하다

    - 옴의 법칙 (I = V/R)

      - 저항이 커질수록 전류(전기 흐름의 양)는 감소

      - 저항은 전기를 열로 바꿔서 모든 전열기구가 작동하는 원리가 됨

      - 예시) 밀크셰이크를 빨대로 마시기

  - 전기 스위치

    - 닫혀 있는 회로를 통해 전류가 흐를 수 있음

비트를 처리하기 위한 하드웨어

  - 릴레이

    - 스위치를 움직이기 위해 전자석을 사용하는 장치

    - NOT 함수를 구현하는 인버터로 만들 수 있음

    - 코일의 전원을 갑자기 끄면 순간적으로 초고압 발생,

      초고압에서는 공기에서도 전기가 통하는 단점 존재

  - 진공관

    - 움직이는 부분이 없어서 릴레이보다 훨씬 빠름

    - 전구와 마찬가지로 아주 뜨겁고 깨지기 쉬운 단점

  - 트랜지스터

    - 반도체는 쉽게 녹을 수 있어서 트랜지스터에서 열을 제거하는 것이 아주 중요함

  - 집적 회로

    - 복잡한 시스템을 트랜지스터 하나를 만드는 정도의 비용으로 만들 수 있음

논리 게이트

  - 이력 현상을 활용한 잡음 내성 향상

    - 이력 현상: 판정 기준이 이력(과거에 벌어진 일)에 따라 달라진다는 의미

    - 슈미트 트리거 게이트: 이력을 사용하는 게이트

  - 차동 신호

    - 차동 신호

      - 차동: 차이나 격차, 측정하는 값이 서로 반전관계인 신호 쌍의 차이 측정

  - 전파 지연

    - 전파 지연: 입력의 변화가 출력에 영향을 미칠 때까지 걸리는 시간

      - 논리 회로의 최대 속도를 제한하는 요소 중 하나

  - 출력 유형

    - 토템폴 출력

    - 오픈 컬렉터 출력

    - 트라이스테이트 출력

게이트를 조합한 복잡한 회로

  - 가산기

    - 반가산기

    - 전가산기

    - 계산 속도와 전력 소모 사이에는 트레이드 오프 관계 존재

  - 디코더

    - 인코딩된 수를 개별 비트의 집합으로 만들어줌

  - 디멀티플렉서

    - 입력을 몇 가지 출력 중 한 곳으로 전달

  - 실렉터

    - 여러 입력 중 한 입력을 선택

정리