[토론] 전자계산기구조 - 디지털 논리회로

다음 토론답변은 KG아이티뱅크 2학기 3기수 전자계산기구조 수업의 토론 주제에 대한 개인적인 답변입니다.

이에 받은 점수와 무관하게 학기를 마무리하며 개인적으로 기록을 남기고자 포스팅합니다.

 

주제

1 디지털 논리의 개요
2 논리식의 간략화
3 플립플롭
을 참조하여 설명하시오

 

답변

디지털 논리회로란 0과 1로 표현하는 전기적 디지털 신호로 동작하는 회로를 칭한다. 기본적인 논리 게이트에는 AND, OR, NOT, XOR가 있으며, 이들의 부정인 NAND, NOR, XNOR도 유용하게 쓰인다. 논리식을 이용해 1개 이상의 입력을 바탕으로 1개의 논리 출력을 얻는 논리 게이트들의 조합으로 원하는 동작을 구현할 수 있기에 컴퓨터 구조의 기본이 된다.
디지털 회로설계가 최적화되어 게이트 수가 감소하면, 회로를 더욱 경제적이며 신뢰도가 높도록 구현할 수 있다. 소비전력의 효율성을 높이고, 제품의 소형화도 이루어낼 수 있다. 논리식을 간략화하는 방법에는 교환법칙, 결합법칙, 분배법칙, 다중부정의 기본 법칙과,  논리합 전체의 부정은 원래 논리 변수의 부정의 논리 곱과 같다 (혹은 반대)라는 드모르강의 법칙을 이용하는 방법이 있다. 또한 논리식을 시각화하여 더욱 체계적이고 간단하게 간략화할 수 있는 방법으로 카노프 맵 (혹은 카르노 맵)이 있다. 2개에서 6개까지의 입력변수를 사용한 논리회로에 적용할 수 있는 카노프맵은, 입력변수와 출력을 진리표의 값에 기반하여 도식화해, 보다 간략히 논리식을 표현할 수 있게 돕는 것이다.
플립플롭은 1비트의 정보를 보관하고 유지할 수 있는 회로이다. 전원이 공급되는 한, 상태 변화를 위한 신호가 발생할 때까지 현재의 상태를 그대로 유지 (혹은 기억)할 수 있다. 이것이 기본 게이트들로 구성되는 조합논리회로와 함께 쓰이면, 출력 값이 입력값 뿐만 아니라 회로의 상태 (이전의 출력값)에 의해 결정될 수 있는 순차논리회로가 된다. 플립플롭은 논리식에 따라 RS, JK, D, T 플립플롭으로 구분되며, 입력값을 받아들이는 시점에 따라 클록형과 에지 트리거형으로 구분된다. 각종 카운터나 상태제어에 필요하며, 주기억장치, CPU캐시, 레지스터 등에 사용되는 중요한 구성요소이다.