디지털 논리 회로는 디지털 및 컴퓨터 시스템의 구성 요소입니다. 디지털 신호를 처리하기 위한 회로이며 자연의 아날로그 신호를 디지털화하는 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 통해 디지털신호를 획득합니다. 특히 컴퓨터에서 다루는 디지털신호는 이진수로 0과 1의 두 가지 상태만을 사용합니다.
디지털을 다루는 논리 회로에 앞서 ADC에 관해 간단히 알아보면 다음과 같습니다.
ADC는 연속적인 아날로그 신호를 이산 값의 배열인 디지털 신호로 변환하는 장치 또는 과정입니다. ADC는 수치적, 시간적으로 연속인 아날로그 신호를 일정 주기마다 샘플링 하여 이산화 하고 샘플 값을 ADC 분해능에 의해 결정되는 가장 가까운 레벨로 바꾸어 양자화합니다. 이렇게 ADC 된 값들은 디지털 신호가 됩니다.
디지털 신호를 처리하는 회로는 크게 조합(Combinational) 회로와 순차(Sequential) 회로가 있습니다.
조합 회로는 이전 입력에 대한 메모리 없이 현재 입력 값만을 기반으로 출력을 제공하는 디지털 논리 회로의 한 유형입니다. 즉, 입력이 변경될 때마다 조합 회로의 출력이 즉시 변경됩니다. 조합 회로는 AND, OR, NOT, NAND, NOR 및 XOR 게이트와 같은 기본 논리 게이트로 구성됩니다. 이러한 게이트를 결합하여 이진 덧셈, 이진 뺄셈 및 이진수 비교와 같은 다양한 부울 함수를 구현할 수 있습니다. 조합 회로는 멀티플렉서, 디코더, 코드 변환기 및 산술 회로를 포함한 많은 디지털 애플리케이션에서 사용됩니다. 조합 회로의 주요 특징은 속도입니다. 출력은 입력이 적용된 직후에 생성되므로 조합 회로는 실시간 응답이 필요한 애플리케이션에 이상적입니다. 그러나 조합 회로에는 메모리가 없으므로 정보를 저장할 수 없습니다. 정보 저장 및 호출이 필요한 애플리케이션의 경우 순차 회로가 사용됩니다.
아래는 조합회로의 기초가 되는 논리 게이트의 진리표 입니다.
AND 게이트
OR 게이트
NOT 게이트
NAND 게이트
NOR 게이트
XOR 게이트
XNOR 게이트
이상적인 논리 게이트는 입력이 바뀌면 진리표에 따라 출력이 바뀝니다. 실제 물리적인 논리 게이트의 경우 전파 지연 시간(propagation delay time)이 있어 출력이 바뀔 때까지 소자별로 다른 소요시간이 필요합니다. 따라서 조합회로의 경우 복잡한 기능을 수행할 경우 총 전파 지연 시간이 길어질 수도 있습니다.
순차 회로는 조합 회로와 달리 회로가 과거의 입력 및 출력을 "저장" 할 수 있도록 하는 메모리 요소를 가지고 있습니다. 이 메모리를 통해 순차 회로는 현재 입력뿐 만 아니라 과거에 발생한 입력 시퀀스에 따라 달라지는 출력을 생성할 수 있습니다. 순차 회로는 타이머, 시계 및 플립플롭과 같이 시간이 지남에 따라 상태를 기억해야 하는 응용 프로그램에 널리 사용됩니다. 순차 회로의 두 가지 주요 유형은 유한 상태 기계(FSM,finite state machines)와 래치 및 플립플롭입니다. 유한 상태 기계는 입력과 현재 상태를 기반으로 상태 간에 유한한 수의 상태와 전환을 갖는 순차 회로입니다. 래치 및 플립플롭은 1비트의 정보를 저장하는 순차 회로의 기본 구성 요소이며 보다 복잡한 순차 회로를 구축하는 데 사용할 수 있습니다.
댓글