디지털 시스템과 논리회로의 상관관계를 이해한다.
아날로그 신호와 디지털 신호의 차이를 구분한다.
아날로그 시스템과 디지털 시스템의 차이를 구분한다.
아날로그 시스템이 디지털 시스템으로 대체될 수 있는 과정을 알 수 있다.
디지털 논리 연산 개념을 스위치 회로를 이용하여 이해한다.
조합 회로 및 순차회로의 개념과 차이을 이해한다.
디지털 집적회로를 집적도 및 패키지에 따라서 분류할 수 있음을 안다.
디지털 시스템 :
◦ 논리회로로 설계된 요소블록 혹은 부품의 집합체
논리회로:
◦ 주어진 입력에 대하여 사용자가 요구하는 출력을 생
성해 내는 논리게이트와 저장소자의 적절한 연결
논리게이트 :
◦ 기본적인 논리연산을 수행하는 전자회로의 일종
컴퓨터 내부 구조
메인보드
보조기억장치
HDD
CPU
레지스터
ALU
NVMe
레지스터
레지스터
제어장치
시스템 버스
USB
입출력장치
메모리
모니터
키보드
마우스
인공지능 분야
◦ 인간의 지능을 컴퓨터에 적용시키는 기술
◦ ChatGPT, 알파고, 파파고
◦ 예술, 과학, 오피스 등의 전 분야에서 활용
자율 주행 자동차
◦ 인간의 도움 없이 스스로 차량을 운행
◦ 중앙 제어 장치에서 각종 센서 데이터를 종합
하여 주행 상태를 제어
드론
◦ 다양한 크기와 성능을 가진 무인 비행체
◦ 물류, 영상, 전쟁 분야에 다각도로 활용
로보틱스
◦ 인간의 삶에 도움을 주는 지능 로봇
◦ 산업, 펫, 회사, 생활 등에 활용
사물 인터넷
◦ 모든 사물이 인터넷에 연결 ( 원격 동작, 상태 확인 등)
◦ 인터넷에 연결된 기기가 사람의 개입없이 상호간에 알
아서 정보 교환 및 처리 (보안, 화재, 건강 분야 등)
3D 프린터
◦ 3D 도면을 바탕으로 입체적 사물을 만들어내는 기술
◦ 의료, 건설, 식품, 부품 등의 분야에 활용
아날로그 신호 (Analog Signal)
◦ 연속적으로 변하는 현상을 물리적인 전기적 신호로 변환한 것
◦ 온도, 습도, 속도, 소리 등
이산 신호 (Dicrete Signal)
◦ 양자화된 시간 축에서 표본화(샘플)된 아날로그 신호 ( 예 : 1초마다 값이 존재)
◦ 신호의 크기는 아날로그 값을 가짐. (예: 20.4°C ,16.7°C …)
온도(°C)
온도(°C)
40
40
34.8
32.2
30
30
20.4
20
23.2
20.4
20
16.7
10
16.7
10
0
1
2
3
4
5
6
7
(a) 아날로그 신호
8
9
시간 𝒕𝒕 (sec)
14.9
9.8
0
1
2
3
4
5
6
(b) 이산 신호
7
7.7
5.8
8
9
시간 𝒕𝒕 (sec)
디지털 신호 (Digital Signal)
◦ 이산 신호의 크기(Amplitude)도 양자화(Quantization) 수행 ( 0 °C ~63 °C)
예: 소수점을 떼어내고 정수로 표현
온도(°C)
20.4°C ⇒ 20 °C ,16.7°C ⇒ 17 °C
40
◦ 2진수로 하나의 데이터를 부호화하여 표현 가능
32
30
35
23
20
17
20
15
10
온도값을 6-비트 2진수로 표현
8
10
20 ⇒ 010100, 17 ⇒ 010001
0
1
2
3
4
5
6
7
8
6
9
시간(sec)
◦ 2진 데이터는 0 혹은 1(5V) 에 해당하는 전기적 신호로 표현 가능
신호(V)
20
17
10
15
32
35
23
5V
0V
𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟏𝟏 𝟏𝟏 𝟏𝟏 1 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟎𝟎
1
2
3
4
5
1 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟏𝟏 𝟎𝟎 𝟎𝟎
6
시간(sec)
7
아날로그 시스템
◦ 아날로그 신호를 입력 받아 적절한 처리과정 후에 아날로그 신호를 출력
◦ 라디오, 카세트 테이프, 음성 증폭기(앰프), LP 플레이어(턴테이블), 선풍기 …
아날로그
시스템
디지털 시스템
◦ 이산적인 값들로 이루어진 디지털 신호를 입력 받아 처리하고 디지털 신호를 출력
◦ 태블릿, 컴퓨터, 스마트폰, DVD, 전기자동차 전장, …
디지털
시스템
디지털 시스템의 아날로그 시스템에 비한 장점
◦ 잡음에 대한 견고성 (Noise Robustness) :
아날로그 시스템은 외부 온도 및 습도 변화 진동 등에 특성이 쉽게 변한다.
디지털 시스템은 이산적인 정보를 사용하므로 내부/외부 잡음에 강하다.
디지털 정보에 오류 정정부호를 삽입하여 수신된 데이터에서 자체적으로 오류 수정 가능
◦ 재생성 :
아날로그 시스템은 똑같은 부품으로 2개의 시스템을 만들어도 조금씩 특성이 달라서 튜닝을
해주어야 할 필요가 있음
디지털 시스템은 완벽하게 똑같이 여러 개의 시스템을 복사하는 것이 가능
동일한 CPU 는 동일한 기능을 수행
디지털 시스템의 아날로그 시스템에 비한 장점
◦ 경제성 :
아날로그 시스템은 다양한 부품들을 각각 연결하여 구성하여야 함.
여러 부품 실장을 위한 물리적 공간도 필요하고 각 부품의 단가도 높음
디지털 시스템은 작고 간단하게 하나의 IC에 집적해서 만들수 있음
◦ 가변성 :
아날로그 시스템의 특성을 변경 시키기 위해서는 새로운 부품으로 새로운 시스템 구성필요
디지털 시스템은 프로그램을 가능하게 해서 같은 하드웨어 기반으로 확장된 기능을 수행하도
록 할 수 있음
펌웨어 업데이트
마이크로컴퓨터 같은 경우는 실행 프로그램 소프트웨어 교체 등
이런 이유로 기존 아날로그 시스템이 점차 디지털 시스템으로 대체되고 있음
디지털 시스템을 이용한 아날로그 신호의 처리
◦ A/D 변환기 : 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환
◦ 디지털 시스템 : 디지털 입력 신호를 아날로그 시스템에 준하는 처리 후 디지털 신호 출력
◦ D/A 변환기 : 디지털 신호를 아날로그로 변환
아날로그
시스템
𝒙𝒙(𝒕𝒕)
Analog to
Digital
Converter
𝒙𝒙[𝒏𝒏]
𝒚𝒚(𝒕𝒕)
�(𝒕𝒕)
𝒚𝒚
A/D
변환기
D/A
변환기
디지털
시스템
Digital to
Analog
Converter
𝒚𝒚[𝒏𝒏]
A/D
변환기
𝒚𝒚∗ [𝒏𝒏]
디지털 시스템은 2진 비트로 표현된 정보들을 처리
◦ 처리(Processing)라 함은 데이터의 논리적 연산을 의미
◦ 논리회로는 2진 입력 신호에 대한 논리적 연산을 수행하는 전자회로
논리적 상태
◦ 입출력 신호는 두개의 상태 ( 논리적 ‘0’과 논리적 ‘1’) 로 표현
논리적 ‘0’: 거짓, 낮은 전압 레벨, 스위치 열림, 전기 신호가 인가 안됨, 램프 꺼짐, …
논리적 ‘1’: 참, 높은 전압 레벨, 스위치 닫힘, 전기 신호가 인가됨, 램프 켜짐, …
논리적 연산
◦ AND 연산 (입력이 모두 참일때만 출력이 참)
◦ OR 연산 (입력이 하나라도 참이면 출력이 참)
◦ NOT 연산 (입력이 참/거짓이면 출력이 거짓/참으로 반전)
입력은 스위치를 열고 닫는 제어신호로 간주
출력은 모터/램프 등에 전기적 신호가 인가되는가 여부를 확인
◦ AND 연산과 스위칭 회로
A, B 두 스위치가 모두 닫혀야 모터에 전류가 공급되어 팬이 동작
논리적 표현식 : 𝐹𝐹 = 𝐴𝐴 ⋅ 𝐵𝐵
A
𝑨𝑨
0
𝑩𝑩
0
𝑭𝑭
0
1
0
1
0
0
1
1
1
B
0
R
(a) 논리적 AND 연산
◦ OR 연산과 스위칭 회로
A, B 중 어느 하나의 스위치만 닫혀도 팬이 동작
A
𝐹𝐹 = 𝐴𝐴 + 𝐵𝐵
B
R
◦ NOT 연산과 스위칭 회로
𝑨𝑨
0
𝑩𝑩
0
𝑭𝑭
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
(b) 논리적 OR 연산
A 스위치가 열리면 모터에 전류가 공급되어 팬이 동작
A 스위치가 닫히면 전원에서 공급된 전류가 A 스위치만으로 흐르게 되어 모터는 동작하지
않음.
논리적 표현식 : 𝐹𝐹 = 𝐴𝐴̅
A
R
(c) 논리적 NOT 연산
𝑨𝑨
0
𝑭𝑭
1
0
1
조합회로
◦ 현재의 입력 값 만을 이용하여 출력을 결정하는 논리회로로써 논리 게이트들의 조합만
으로 구성
◦ 산술 연산기, 논리 연산기, 인코더, 디코더, 멀티플렉서, …
순차회로
◦ 현재의 입력 뿐 아니고 과거의 입력 혹은 출력도 함께 고려하여 출력 값을 결정하는 논
리회로로써 조합회로와 더불어 기억소자 ( 메모리)로 구성
◦ 카운터, 레지스터, CPU, 주변기기, … (거의 모든 디지털 시스템은 순차회로임)
입력
𝒏𝒏 개의
2진 입력
⋮
조합 회로
(a) 조합회로 블록도
⋮
𝒎𝒎 개의
2진 출력
조합 회로
출력
기억
소자
(b) 순차회로 블록도
집적되는 트랜지스터의 수에 따라 분류
종류
트랜지스터 개수
소규모 집적회로(SSI: Small Scale IC)
100개 이하
중규모 집적회로(MSI: Middle Scale IC)
100~1,000개
대규모 집적회로(LSI: Large Scale IC)
1,000~10,000개
초대규모 집적회로(VLSI: Very Large-Scale IC)
10,000~1,000,000개
극초대규모 집적회로(Ultra VLSI)
1,000,000개 이상
패키지 모양에 따른 집적회로 분류
패키지 종류
DIP
SIP
SOP
QFP
패키지 모양
소켓을 고려한 패키지들 (예: CPU)
◦ LGA
◦ PGA
PLCC
PGA
BGA
