논리회로, 1장 컴퓨터와 디지털 논리회로

디지털 시스템

디지털시스템

간단한 산술연산을 수행하는 장치에서부터 컴퓨터, 방송, 통신 시스템처럼 복잡한 시스템에 이르기까지 다양하게 쓰인다.

 

아날로그 시스템

연속적인 정보를 받아 처리하는 것으로 연속적인 형태의 정보를 출력하는 시스템이다.

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2진수에 대한 전기적인 신호 정의(디지털 정보의 전압레벨)

2진 숫자

2진 시스템에서는 비트라고 불리는 1과  0이 사용되며, 2진 자릿수를 줄여 2진수라고 한다.

1은 높은 전압레벨, 0은 낮은 전압레벨을 의미한다.

비트들의 그룹을 코드라 하며, 숫자, 문자, 기호, 명령어 및 주어진 응용에서 요구되는 것들을 표현하는 데 사용된다.

 

논리레벨

논리레벨은 1과 0을 표현하기 위해 사용되는 전압이다.

이상적인 경우에 하나의 전압레벨은 HIGH를 나타내고, 다른 전압레벨은 LOW를 나타낸다.

그러나 실제 디지털 시스템에서 HIGH 또는 LOW는 규정된 최솟값과 최댓값 사이의 임의의 전압이 될 수 있으며,

HIGH와 LOW를 나타내는 전압의 범위는 중복될 수 없다.

디지털 시스템에서 논리레벨 HIGH와 LOW를 나타낼 때 시스템 특성상 전압의 범위는 중복될 수 없다.

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전기적인 신호에 대한 논리회로

논리곱 (AND) 

논리합 (OR)

부정 (NOT)

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컴퓨터 시스템의 시대별 발전과 주요 특징

고대	컴퓨터 시대의 시작	1세대(진공관)	2세태(트랜지스터)	3세대(IC)	4세대(LSI/VLSI)
최초의 디지털 계산기	천공카드	ENIAC EDSAC UNIVAC EDVAC	소형화와 경량화 비용절감	집접회로	극소형, 대용량,  저렴한 가격, 신뢰도

 

마크-1은 전기 기계식 계산기, ENIAC은 세계 최초의 전자식 계산기로 등장했다.

진공관의 단점은 부피가 크고 소비전력이 높다는 점이다. 이러한 진공관과 동일한 기능을 수행하면서 더 작고 효율적인 소자를 개발한 결과가 트랜지스터이다.

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컴퓨터의 종류

아날로그	디지털	하이브리드
해결할 문제를 표본화하기 위해 전자, 기계, 수력 현상을 사용하는 컴퓨터의 한 형태이다.	여러비트의 그룹으로 표현되고, 회로는 논리 회로이며, 프로그래밍이 필요하다.	아날로그 컴퓨터와 디지털 컴퓨터를 합친 형태이다

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컴퓨터 소프트웨어

운영체제(OS)	사용자가 컴퓨터를 쉽게 다루게 해주는 인터페이스로 하드웨어와 소프트웨어를 관리하는 소프트웨어 전체이다.
응용 소프트웨어(Application Software)	컴퓨터를 사용하는 목적에 따라 실제로 그 일을 시키기 위한 프로그램으로, 대게 외부로부터 제작되어 특정한 응용 분야에 사용하기 위해 개발된 소프트웨어이다. 전체적으로 시스템 소프트웨어의 보조 역할을 한다.
유틸리티(Utillity)	프로그램의 일종으로, 우리가 컴퓨터를 사용하는 것을 보조한다.
악성코드(Malicious Code)	컴퓨터 바이러스, 웜, 트로얀 등으로 대표되는 제작자가 악의를 가지고 만든 소프트웨어이다.
펌웨어(Firmware)	롬에 저장된 하드웨어를 제어하는 마이크로 프로그램이다. 펌웨어는 소프트웨어와 하드웨어의 특징을 모두 가지고 있다.
프로그래밍(Programing)	저급 프로그래밍 언어 - 기계어, 어셈블리어 등 고급 프로그래밍 언어 - 컴파일러나 인터프리터에 의해 번역되어 실행된다. C언어, 자바, 베이직 등

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자료의 표현

자료의 처리 단위

디지트(digit)	아라비아 숫자로 기수법에서 매 자리마다 쓰여질 수 있는 숫자를 말한다.
비트(bit)	하나의 비트는 0 또는 1 값을 가질 수 있고 각각 참, 거짓 혹은 서로 배타적인 상태를 나타내며 디지털 컴퓨터에 사용되는 가장 작은 자료표현 단위를 말한다.
니블(nibble)	1바이트의 절반으로 보통 4비트를 가리킨다.
바이트(byte)	컴퓨터의 기억장치의 크기를 나타내는 단위로 자주 쓰이며, 많은 프로그래밍 언어에서 정수형에 속하는 자료형이기도 하다. 8비트는 1바이트다
옥탯(octet)	컴퓨팅에서 8개의 비트가 한데 모인 것을 말한다.
워드(word)	하나의 기계어 명령이나 연산을 통해 저장된 장치로부터 레지스터에 옮겨 놓을 수 있는 데이터 단위로 전자통신 기기에 따라 2바이트 또는 4바이트를 묶어서 부르는 단위이다.

 

 

 

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컴퓨터의 구성

중앙처리장치(CPU)

연산논리장치(ALU)	두 숫자의 산술연산과 논리연산등을 계산하는 디지털 회로이다
제어장치(Control unit)	입,출력 장치 간 통신 및 조율을 제어
레지스터(Register)	극히 소량의 데이터나 처리 중인 중간 결과를 일시적으로 기억해 두는 고속의 전용 영역을 레지스터라고 한다.

 

입력장치

출력장치

 

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연산논리장치의 구성

산술연산장치	덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈의 4연칙을 수행
논리연산장치	AND, OR, XOR, NOT등의 논리연산을 수행
시프트 레지스터	비트들을 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시키는 기능을 수행
보수기	이진 데이터의 보수를 취하는 회로
상태 레지스터	연산 결과의 상태를 나타내는 플래그 저장

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기억장치의 구분

휘발성 RAM은 DRAM과 SRAM으로 구분되고, DRAM회로는 시간이 지나면 방전이 되어 데이터가 사라지기 때문에 리프레시가 필요하다.

캐시 메모리	CPUD와 주기억장치 사이의 속도 최적화, 임시 기억 등을 위한 고속 메모리로 플립플롭, 레지스터, 고속의 SRAM등이 있다.
주기억장치	주로 반도체 메모리 소자를 말하며, cpu가 현재 작업하는 프로그램 및 데이터를 저장하는 장치이다. RAM 및 ROM으로 구분한다.
보조기억장치	대용량 정보를 저장하기 위한 디스크와 같은 저장장치이다. 순차적인 메모리로서, 저장 위치에 따라 정보 접근에 걸리는 시간이 달라진다.
가상메모리	부족한 주기억장치를 보조기억장치로 확장하여 실제보다 더 많은 메모리를 갖는 것처럼 동작한다.

 

CAM (연관장치)

대부분의 기억장치는 정보가 저장되어 있는 주소에 의해 그 내용에 접근하지만, 연관기억장치는 주소를 사용하는 것이 아니라 접근하려고 하는 자료의 내용을 사용하여, 그 내용이 저장되어 있는 기억 장치로 접근

 

반도체 메모리 구분

Access방법에 따른 구분

RAM

DRAM	일정 시간이 지나면 기억된 내용이 소멸되어, 리프레시 동작이 필요하다, 회로가 간단하고, 집적화에 용이하며, 가격은 저렴하고 속도가 SRAM보다 훨씬 느리다
SRAM	고집적화가 곤란하므로 대용량화는 어려우며 값이 고가이나, DRAM보다 속도가 빠르다
NVRAM	비휘발성 SRAM으로 외부공급 전원이 없이도 기억내용을 유지할 수 있는 RAM을 총칭한다.

ROM

DRAM과 달리 일단 기억된 내용은 전원의 공급이 없어도 계속 기억하는 메모리이다.

휘발성 RAM은 DRAM과 SRAM으로 구분되고, DRAM회로는 시간이 지나면 방전이 되어 데이터가 사라지기 때문에 리프레시가 필요하다.

 

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메모리의 계층구조

메모리의 계층구조가 필요한 이유는 CPU가 메모리에 더 빨리 접근하기 위함이다.