Transcript 논리회로설계 제1장 디지털 시스템의 개요 1.1 아날로그 신호와 디지털 신호  아날로그 신호(analog signal): 연속적으로 변하는 값들의 집합 [예] 온도 변화, 자동차 속도, 음성 신호.

논리회로설계
제1장
디지털 시스템의 개요
1.1 아날로그 신호와 디지털 신호
 아날로그 신호(analog signal): 연속적으로 변하는 값들의
집합
[예] 온도 변화, 자동차 속도, 음성 신호
아날로그 신호와 디지털 신호 (계속)
• 디지털 신호(digital signal): 연속적인 신호를 일정 시간 간
격으로 샘플링(sampling)한 값들 혹은 특정 시간 동안에 관
측된 값들의 집합
[예] 샘플링 된 자동차 속도, 시간 대 별 은행 고객 수,
매 시간마다 측정된 체온, 등
아날로그 신호와 디지털 신호 (계속)
• 샘플링 된 값 : 이산적 값(discrete value), 혹은
디지털 데이터(digital data)
• 표현 방법 : 샘플링 된 각 값을 10진수, 8진수
혹은 2진수로 표현
1.2 아날로그 시스템과 디지털 시스템
 아날로그 시스템(analog system)
 아날로그 신호를 받아서 처리하는 부품들로 구성된 장치
 입력과 출력이 모두 아날로그 신호
[예] 일반전화 시스템, 카세트 테이프 레코더, 등
아날로그 시스템과 디지털 시스템 (계속)
 디지털 시스템(digital system):
 디지털 신호들을 입력으로 받아서 처리하고, 다시 디지털
신호로 출력하는 부품들로 이루어진 장치.
 아날로그 신호를 처리하는 경우에는, 그 신호를 디지털 신
호로 변환하는 A/D 변환기 및 디지털 신호를 아날로그 신호
로 변환하는 D/A 변환기가 필요
[예] 디지털 음향시스템, 계산기, 디지털 컴퓨터, 디지털 시계
아날로그 시스템과 디지털 시스템 (계속)

디지털 시스템의 장점
1) 외부 환경 변화에 영향을 적게 받기 때문에 신뢰도
가 높다 : 2진수 체계를 사용함으로써, 신호의 불
안정 및 외부 잡음에 의한 영향이 적음
2) 시스템 설계가 용이하다 : ‘0’과 ‘1’을 나타내는 전
압 범위로 신호값의 구분이 가능하므로, 연산 기능
만 구현하면 됨
3) 크기와 가격이 점차적으로 감소한다 : 반도체 기술
의 향상에 따라 크기가 줄어들고, 대량 생산이 가
능해져, 가격이 인하됨
아날로그 시스템과 디지털 시스템 (계속)
 디지털 시스템의 한계 :
아날로그 값을 디지털 데이터로 표현하는 데 사용
될 수 있는 하드웨어(데이터 비트를 저장하는 플립-플롭의
수)의 한계로 인하여, 디지털 데이터가 아날로그 값
을 정확하게 표현할 수 없음
 비트 수의 한계로 인한 오차(error) 발생
1.3 디지털 정보의 표현
정보 표현에 사용될 수 있는 수 체계(number
system)




10진수(decimal number)
2진수(binary number)
8진수(octal number)
16진수(hexadecimal number)
디지털 정보의 표현 (계속)
 10진수
 0~9까지의 10진 숫자(decimal digit)들을 사용
[예]
102 101 100
3
8
10-1 10-2
5 . 4
← 자릿수
7
(3 × 102) + (8 × 101) + (5 × 100) + (4 × 10-1)
+ (7 × 10-2) = 385.47
• MSD(Most Significant Digit) = 3
• LSD(Least Significant Digit) = 7
디지털 정보의 표현 (계속)
 2진수
 2진 숫자(binary digit) = 비트(bit) : 0 혹은 1
 0 : 0V, low, false (허용 전압 범위: 0 ~ 1.5 V)
1 : +5V, high, true (허용 전압 범위: 3.5 ~ 5 V)
2진수 (계속)
 큰 수의 표현 방법 :
여러 개의 비트들을 사용
하여 하나의 수를 표현
 비트 수에 따른 표현 범위
• 4비트 : 0 ~ 15
• 8비트 : 0 ~ 255
• 16비트 : 0 ~ 65,535
2진수 (계속)
 2진수를 10진수로 변환하는 방법 : 각 2진 비트에 자
릿수(weight)를 곱하고, 모두 더한다
[예]
2진수 (계속)
 문자(character) 및 특수 문자들에 대한 2진수 표현 : 국제
표준 코드인 ASCII(American Standard Codes for
Information Interchange) 코드 사용 (2.6절에서 자세히 설명)
[예]
1.4 디지털 논리 연산의 개념
 디지털 시스템은 2진 논리회로(binary logic circuit; 이하
논리회로라 함)를 이용하여 구현
 논리회로: 두 개의 상태(논리적 0, 논리적 1)로 표현되는 입
력 신호들에 대하여 논리적 연산을 수행하는 전자회로
디지털 논리 연산의 개념 (계속)
 기본적인 논리 연산들
 AND 연산
 OR 연산
 NOT 연산
스위치 회로
A = 0 (열림)
A = 1 (닫힘)
AND 연산
 두 개의 스위치들(A,B)이 모두 닫혀야 램프가 켜짐
 논리적 표현식: L = A • B 혹은 L = AB
OR 연산
 두 개의 스위치들(A,B) 중의 어느 하나만 닫혀도 램
프가 켜짐
 논리적 표현식: L = A + B
NOT 연산
 스위치가 닫히면 램프가 꺼지며(off), 열리면 켜짐(on)
 논리적 표현식: L = A' (‘A 프라임’ 혹은 ‘A 대시’라 읽음)
1.5 논리 게이트
 2진 정보를 처리하기 위한 기본적인 논리회로 부품
 트랜지스터들을 이용하여 구현
 여러 가지 논리 연산들을 지원할 수 있도록 다양한 종
류 존재
1.5.1 AND 게이트
 AND 연산을 수행하는 논리 게이트
 출력 함수 F = AB
1.5.2 OR 게이트
 OR 연산을 수행하는 논리 게이트
 출력 함수 F = A + B
1.5.3 NOT 게이트
 입력 신호를 반전시켜 출력하는 논리 게이트
 인버터(inverter) 라고도 부름
 출력함수 F = A'
1.6 디지털 IC
 IC 칩(Integrated Circuit chip: 집적회로 칩) : 반도체
물질인 실리콘(silicon) 조각 위에 논리 게이트들을
구현하는 트랜지스터들과 연결선들을 아주 작은 크
기로 집적(integrate)시켜 제조한 논리회로 부품
회로 집적도에 따른 IC 칩의 분류
 SSI(Small Scale IC): 수십 개의 트랜지스터들이 집적되는 소규
모 IC. 기본적인 디지털 논리 게이트들 포함
 MSI(Medium Scale IC): 수백 개의 트랜지스터들이 집적되는
IC. 카운터(counter), 해독기(decoder) 또는 시프트 레지스터
(shift register)와 같은 조합 회로나 순차 회로를 포함
 LSI(Large Scale IC): 수천 개의 트랜지스터들이 집적되는 대규
모 IC로서, 8-비트 마이크로프로세서 칩이나 소규모 반도체 기
억장치 칩 등의 구현에 사용
 VLSI(Very Large Scale IC): 수만 내지 수십만 개 이상의 트랜
지스터들이 집적되는 초대규모 IC로서, 16-비트 이상의 마이
크로프로세서나 대용량 반도체 기억장치 등의 구현에 사용
 ULSI(Ultra Large Scale IC): 수백만 개 이상의 트랜지스터들이
집적되는 32-비트급 이상의 마이크로프로세서 칩들과 수백 메
가비트 이상의 반도체 기억장치 칩들의 구현에 사용
패키징 방식에 따른 IC 칩의 분류
 듀얼 인-라인 패키지
(Dual In-line Package: DIP)
단면도
외형
패키징 방식에 따른 IC 칩의 분류(계속)
표면장착 기술(Surface-Mount Technology:
SMT) 방식의 IC 패키지 유형들
SOP(small-outline
package)형
LCC(leadless
chip carrier)형
패키징 방식에 따른 IC 칩의 분류(계속)
 격자형 패키지의 유형들
BGA(Ball Grid
Array) 패키지
PGA(Pin Grid
Array) 패키지
패키징 방식에 따른 IC 칩의 분류(계속)
 SIP형 및 ZIP형
SIP(Single In-line
Package)형
ZIP(Zig-zag In-line
Package)형