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디지털 부속품 (Digital Components)

디지털 부속품 (Digital Components). Lecture #2. 집적 회로 (1). 집적회로 (Integrated Citcuits) 디지털 회로를 구성하는 구성 요소 디지탈 게이트를 구성하는 전자부품을 포함하는 실리콘 반도체 칩 (chip) 안의 많은 게이트들은 회로의 요구에 따라 서로 연결 내부의 게이트와 외부 핀의 연결. 집적 회로 (2). 집적회로 분류 밀도 ( 칩속의 게이트수 ) 에 따라 구분 소규모 집적회로 (Small Scale IC;SSI)

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디지털 부속품 (Digital Components)

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Presentation Transcript

  1. 디지털 부속품(Digital Components) Lecture #2

  2. 집적 회로 (1) • 집적회로(Integrated Citcuits) • 디지털 회로를 구성하는 구성 요소 • 디지탈 게이트를 구성하는 전자부품을 포함하는 실리콘 반도체 • 칩(chip)안의 많은 게이트들은 회로의 요구에 따라 서로 연결 • 내부의 게이트와 외부 핀의 연결 컴퓨터시스템구조

  3. 집적 회로 (2) • 집적회로 분류 • 밀도(칩속의 게이트수)에 따라 구분 • 소규모 집적회로(Small Scale IC;SSI) • 10개 이하의 독립적인 게이트가 하나의 칩에 포함 • 게이트의 입출력이 바로 외부 핀과 연결 • 중규모 집적회로(Medium Scale IC;MSI) • 10개에서 200개까지의 게이트를 집적 • 디코더(Decoder), 가산기, 레지스터(Register) • 대규모 집적회로(Large Scale IC;LSI) • 200개에서 1000개까지의 게이트를 집적 • 프로세서(Processor), 메모리(Memory) • 초대규모 집적회로(Very Large Scale IC; VLSI) • 수천개의 게이트를 하나의 칩에 집적 • 대형 메모리, 마이크로 컴퓨터(Micro-Computer) 칩 컴퓨터시스템구조

  4. 집적 회로 (3) • 집적회로 분류 • 디지탈 논리군(Digital Logic Family)에 따른 분류 • IC를 구현하는 데 적용된 기술에 따라 분류 • BJT, MOSFET 등 • BJT : TTL Family / ECL Family • TTL(Transister Transister Logic) • 가장 많이 사용되고 있는 논리군 • 고속 TTL, 저전력 TTL, 저전력 쇼트키(Schottky) TTL, 고성능 쇼트키 TTL • 전원은 5V, Level은 0V와 3.5V • ECL(Emitter Coupled Logic) • 게이트의 트랜지스터는 불포화 상태에서 동작 • 고속도가 요구되는 시스템에 사용 • 전달지연 시간(Propagation Delay Time)은 1~2 nano초 컴퓨터시스템구조

  5. 집적 회로 (4) • 집적회로 분류 • MOSFET : MOS Family / CMOSFamily • MOS(Metal Oxide Semiconductor) • 단상 트랜지스터 사용 • 대부분 NMOS • CMOS(Complementary MOS) • NMOS와 CMOS를 연결하여 구성 • 회로의 밀도가 높고 제조공정 단순 • 소비전력 적다 • 현재 TTL과 CMOS를 주로 사용 컴퓨터시스템구조

  6. 집적 회로 (5) • 집적회로 분류 • 패키지 종류에 따른 분류 Small Outline Transistor (SOT) Small Outline Package (SOP) Dual-In-Line Package (DIP) Plastic/Ceramic Pin Grid Array (PPGA/CPGA) 컴퓨터시스템구조

  7. 집적 회로 (6) • 집적회로 분류 • 패키지 종류에 따른 분류 Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC) Plastic Quad Flat Package (PQFP) Ceramic Leadless Chip Carrier TO Packages (Transistor single Outline) 컴퓨터시스템구조

  8. 디코더(Decoder) (1) • 디코더(Decoder) • n-비트로 코딩된 2진 정보를 최대 2n개의 서로 다른 출력으로 바꾸어 주는 조합회로 • n×m 디코더 /n-to-m 디코더 • n개의 입력과 m(m≤2n)개의 출력을 갖는 디코더 • 예: 3×8 디코더 회로 컴퓨터시스템구조

  9. 디코더(Decoder) (2) • NAND Gate 디코더 • 보수화된 형태로 출력을 만드는 것이 더 경제적이기 때문에 NAND Gate로 디코더를 구성 • Active-low 출력 • 예: 2×4 NAND Gate 디코더 컴퓨터시스템구조

  10. 디코더(Decoder) (3) • 디코더 확장(Decoder Expansion) • 2개 이상의 디코더를 동일한 인에블(Enable) 입력에 연결하여 한 개의 큰 디코더를 구성 • 4×16 디코더 4개로 16×64 디코더를 구성 • 예: 2×4 디코더 2개로 3×8 디코더 구성 컴퓨터시스템구조

  11. 디코더(Decoder) (4) • 인코더(Encoder) • 디코더와 반대되는 동작을 수행하는 회로 • 2n개의 입력값에 대해 n개의 2진 코드 출력 • 예:8-to-3 인코더 A0=D1+D3+D5+D7 A1=D2+D3+D6+D7 A0=D4+D5+D6+D7 컴퓨터시스템구조

  12. 멀티플렉서(Multiplexer) (1) • 멀티플렉서(Multiplexer) • n개의 선택입력에 따라 2n개의 입력 중 하나를 선택하여 출력으로 연결 • 2n-to-1 멀티플렉서 • 2n개의 입력 신호와 n개의 입력선택신호를 가짐 • 4×1 멀티플렉서: • 4개의 입력 신호가 각각 AND Gate에 입력되고 두개의 선택 입력에 의해 AND Gate의 출력들 중하나를 선택한다 컴퓨터시스템구조

  13. 멀티플렉서(Multiplexer) (2) • Quardruple 2×1 멀티플렉서 • 4개의 2×1 멀티플렉서로 구성 • 2개의 4비트 중 1개의 4비트를 선택 컴퓨터시스템구조

  14. 레지스터(Register) (1) • 레지스터 • 다수 비트의 이진 정보를 저장하는 기억 부품(IC) • n-비트 레지스터 • n-비트의 2진 정보를 저장하기 위해 n개의 플립플롭과 데이터 처리를 위한 조합회로로 구성 • 클럭 입력 C가 병렬로 모든 입력을 플립플롭에 로딩한다 • 4-bit 레지스터: • 외부 게이트 없이 단순히 플립플롭만으로 이루어진 구조 • 공통의 클럭 입력으로 4개의 D-FF을 동시에 동작시켜 데이타를 저장 • 클리어 입력의 값이 0이 될 경우 레지스터의 출력을 0으로 한다 • 레지스터의 내용이 변경되지 않도록 하려면 클럭 신호를 차단 컴퓨터시스템구조

  15. 레지스터(Register) (2) • 병렬 로드를 가진 레지스터 • 일반적으로 디지털 시스템들은 시스템내의 모든 순차회로를 동작시켜주는 주클럭펄스 발생기(Master Clock Generator)를 갖는다 • 특정한 레지스터에 지정된 클럭펄스만이 영향을 줄 수 있도록 하는 제어신호(load 신호)가 요구 • 4-Bit 병렬 로드 레지스터 • 로드 제어입력을 가짐으로써 클럭펄스의 작용여부를 결정 • 로드 제어신호가 1인 경우에 4개의 입력이 클럭 상승 변이시간에서 레지스터로 로드된다 • 로드 제어신호가 0일 때는 레지스터의 내용은 불변 컴퓨터시스템구조

  16. 레지스터(Register) (3) • 시프트 레지스터 • 레지스터의 2진 정보를 단방향 또는 양방향으로 자리 이동 시켜주는 레지스터 • 각 비트의 플립플롭들이 서로 서로 입력과 출력에 연쇄적으로 연결 • 클럭 펄스에 의해 1비트씩 자리이동 컴퓨터시스템구조

  17. 레지스터(Register) (4) • 병렬 로드를 가지는 양방향 시프트 레지스터 • 일반적인 시프트 레지스터의 기능 • 가능 동작: • 모든 동작을 동기화하기 위한 클럭펄스 입력 • 직렬입력 라인과 우측 시프트 동작을 수행 • 직렬입력 라인과 좌측 시프트 동작을 수행 • 병렬전송을 위한 n개의 입력라인과 병렬 로드동작을 수행 • n개의 병렬 출력라인 • 클럭펄스가 계속 입력되더라도 레지스터의 정보가 변하지 않도록 하는 제어상태 요구 컴퓨터시스템구조

  18. 레지스터(Register) (5) • 병렬로드를 가진 4비트 양방향 시프트 • 4개의 D-FF과 4×1MUX로 구성 • 2개의 선택입력으로 레지스터의 동작 모드(Mode)결정 • 시프트 레지스터의 사용 • 시프트 레지스터는 주로 원격지 시스템 사이의 데이타를 전송하고자 할 때 사용 컴퓨터시스템구조

  19. 2진 카운터 (1) • 카운터 • 입력펄스에 따라 미리 정해진 순서 대로 상태의 변이가 진행되는 레지스터 • 입력펄스의 시간간격은 일정할 수도 있고 임의적일 수도 있다 • 주로 어떤 사건의 발생 횟수를 세거나 동작 순서를 제어하는 타이밍 신호를 만드는 데 사용 • 카운터의 순서 • Up-Counter / Down-Counter • 카운터의 수 • F/F의 개수에 따라 결정, 즉 n개이면 0~(2n-1)까지 계수 • 입력펄스의 동작에 따른 카운터의 분류 • 동기식(Synchronous) 카운터 / 비동기식(Asynchronous) 카운터 컴퓨터시스템구조

  20. 2진 카운터 (2) • 동기식(Synchronous) 카운터 • 클럭이 모든 플립플롭에 공통적으로 연결 • 예: 4-비트 동기식 2진 카운터 컴퓨터시스템구조

  21. 2진 카운터 (3) • 비동기식(Asynchronous) 카운터 • 첫번째 플립플롭에만 클럭펄스가 연결(인가) • 첫번째 플립플롭이 동작하여 출력하는 신호가 다음 플립플롭의 클럭펄스로 연결 • 플립플롭이 연결된 순서대로 순차적으로 동기화되어 동작 컴퓨터시스템구조

  22. 2진 카운터 (4) • 병렬 로드를 가진 2진 카운터 • 카운터의 초기값을 설정하기 위해 요구 • 병렬 로드기능과 클리어 기능을 가짐 • 동작 • Clear 입력이 1이면 모든 비트를 0으로 클리어 • Load 입력이 1이면 카운터는 중단되고 4개 비트의 병렬입력이 각 플립플롭의 비트에 로드 • Increment신호가 1이면 레지스터가 기억하고 있던 값부터 오름순으로 수를 센다 컴퓨터시스템구조

  23. 메모리 장치 (1) • 메모리 장치(Memory Device) • 정보의 입출력 기능을 가진 저장요소들의 집합 • 입출력에서 하나의 단위로 취급되는 비트의 그룹 즉, Word로 정보저장 • 메모리 워드는 1과 0의 비트 그룹으로 숫자, 명령어, 문자 등의정보를 저장 • 바이트(Byte) – 8 비트로 이루어진 비트 그룹 • 메모리의 내부구조 • 한 워드를 구성하는 비트 수나 전체 워드 수에 의해 규정 • 메모리 워드는 0~2k-1까지의 주소를 가지고 있어서 그에 따라 주소입력(k개의 입력라인)의 값에 따라 특정 워드가 선택(임의 접근) • 내부의 디코더가 특정 워드 지정하는 동작 수행 컴퓨터시스템구조

  24. 메모리 장치 (2) • 주소 선택선 • 1024 워드인 경우 – 10 비트의 주소선 • 232워드인 경우 – 32 비트의 주소선 • 메모리의 단위 • 1KB = 210 Byte • 1MB = 220 Byte • 1GB = 230 Byte • 1TB = 240 Byte • 기억 방식에 따라(휘발성 여부): • RAM(Random Access Memory) • ROM(Read Only Memory) 컴퓨터시스템구조

  25. 메모리 장치 (3) • 임의 접근 메모리(Random Access Memory: RAM) • 워드의 물리적 위치에는 관계없이 접근 절차나 접근 시간이 동일 • 메모리와 외부와의 자료통신은 데이터 입출력 라인, 주소 라인 및 전송 방향을 결정하는 제어 라인을 통해 이루어진다 • n개의 입력과 출력을 갖는 메모리 블록도 • k개의 주소라인으로 메모리내의 2k개의 워드 중 하나를 선택 • 두 개의 제어입력(R/W)은 데이타의 전송방향을 지정 컴퓨터시스템구조

  26. 메모리 장치 (4) • 임의접근 메모리의 저장과정 • 원하는 워드의 2진 주소값을 주소입력에 넣는다 • 메모리에 저장될 데이타 비트들을 데이타 입력에 넣는다 • 쓰기(Write)입력을 활성화한다 • 임의접근 메모리에서 읽는 과정 • 원하는 워드의 2진 주소값을 주소입력에 넣는다 • 읽기(Read)입력을 활성화한다 컴퓨터시스템구조

  27. 메모리 장치 (5) • 읽기 전용 메모리(Read Only Memory: ROM) • ROM에 저장된 데이타는 H/W수명이 다할 때까지 변하지 않는다 • 읽기 동작만 허용하며, 쓰기 동작에 의해서는 그 내용이 변하지 않는다 • ROM의 규격 • 한 워드가 n비트이고 총 m워드를 저장하는 ROM을 m×n ROM이라 함 • 2k=m워드 중에서 하나를 선택하기 위한 k개의 주소입력 필요 • 용량의 확장을 위한 인에이블(Enable) 입력을 가진다 컴퓨터시스템구조

  28. 메모리 장치 (6) • ROM의 구성 • 디코더와 OR Gate 집합으로 구성된 조합회로 • k개의 입력과 n개의 출력을 가진 어떠한 조합회로도 구현 가능 • ROM에 저장된 2진 제어정보를 이용하는 제어장 치를 마이크로 프로 그램된 제어장치(Microprogrammed Control Unit)라 한다 • ROM의 종류 - 정보 저장 방법 • Maskrom(마스크롬) • 고정된 프로그램 방식 • 반도체제조공정의 마지막 단계에서 요구하는 진리표에 따라 ROM을 프로그램한다 • 이 방식은 비용이 가장 적게 든다 컴퓨터시스템구조

  29. 메모리 장치 (7) • ROM의 종류 - 정보 저장 방법 • PROM(Programmable ROM) • 초기에 PROM의 출력은 모두 0이지만 사용자의 가공에 의해 저장될 내용을 프로그램할 수 있다 • 적은 량의 ROM을 경제적으로 제조 가능 • EPROM(Erasable Programmable ROM) • 일정 시간 동안 자외선에 노출할 경우 프로그램된 내용이 초기값으로 복구 • 다시 프로그래밍하는 하는 것이 가능 • EEPROM(Electrical EPROM) • 전기적 신호에 의해 ROM속의 내용을 소거 컴퓨터시스템구조

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