디지털 부속품디지털 부속품(Digital Components)(Digital Components)

Lecture #2Lecture #2

집적 회로 집적 회로 (1)(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

2컴퓨터시스템구조

집적 회로 집적 회로 (2)(2)

▶ 집적회로 분류 ▷ 밀도 ( 칩속의 게이트수 ) 에 따라 구분

소규모 집적회로 (Small Scale IC;SSI) – 10 개 이하의 독립적인 게이트가 하나의 칩에 포함 – 게이트의 입출력이 바로 외부 핀과 연결

중규모 집적회로 (Medium Scale IC;MSI) – 10 개에서 200 개까지의 게이트를 집적 – 디코더 (Decoder), 가산기 , 레지스터 (Register)

대규모 집적회로 (Large Scale IC;LSI) – 200 개에서 1000 개까지의 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

3컴퓨터시스템구조

집적 회로 집적 회로 (3)(3)

▶ 집적회로 분류 ▷ 디지탈 논리군 (Digital Logic Family) 에 따른 분류

IC 를 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, Level 은 0V 와 3.5V

ECL(Emitter Coupled Logic) – 게이트의 트랜지스터는 불포화 상태에서 동작 – 고속도가 요구되는 시스템에 사용 – 전달지연 시간 (Propagation Delay Time) 은 1~2 nano 초

4컴퓨터시스템구조

집적 회로 집적 회로 (4)(4)

▶ 집적회로 분류 ▷ MOSFET : MOS Family / CMOS Family

MOS(Metal Oxide Semiconductor) – 단상 트랜지스터 사용 – 대부분 NMOS

CMOS(Complementary MOS) – NMOS 와 CMOS 를 연결하여 구성 – 회로의 밀도가 높고 제조공정 단순 – 소비전력 적다

▷ 현재 TTL 과 CMOS 를 주로 사용

5컴퓨터시스템구조

집적 회로 집적 회로 (5)(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)

6컴퓨터시스템구조

집적 회로 집적 회로 (6)(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)

7컴퓨터시스템구조

디코더디코더 (Decoder) (1)(Decoder) (1)

▶ 디코더 (Decoder) ▷ n- 비트로 코딩된 2 진 정보를 최대 2n 개의 서로 다른 출력으로

바꾸어 주는 조합회로 ▷ n×m 디코더 / n-to-m 디코더

n 개의 입력과 m(m≤2n) 개의 출력을 갖는 디코더▷ 예 : 3×8 디코더 회로

8컴퓨터시스템구조

디코더디코더 (Decoder) (2)(Decoder) (2)

▶ NAND Gate 디코더 ▷ 보수화된 형태로 출력을 만드는 것이 더 경제적이기 때문에 NAND

Gate 로 디코더를 구성▷ Active-low 출력▷ 예 : 2×4 NAND Gate 디코더

9컴퓨터시스템구조

디코더디코더 (Decoder) (3)(Decoder) (3)

▶ 디코더 확장 (Decoder Expansion) ▷ 2 개 이상의 디코더를 동일한 인에블 (Enable) 입력에 연결하여 한

개의 큰 디코더를 구성 ▷ 4×16 디코더 4 개로 16×64 디코더를 구성▷ 예 : 2×4 디코더 2 개로 3×8 디코더 구성

10컴퓨터시스템구조

디코더디코더 (Decoder) (4)(Decoder) (4)

▶ 인코더 (Encoder) ▷ 디코더와 반대되는 동작을 수행하는 회로 ▷ 2n 개의 입력값에 대해 n 개의 2 진 코드 출력 ▷ 예 : 8-to-3 인코더

A0=D1+D3+D5+D7 A1=D2+D3+D6+D7 A0=D4+D5+D6+D7

11컴퓨터시스템구조

멀티플렉서멀티플렉서 (Multiplexer) (1)(Multiplexer) (1)

▶ 멀티플렉서 (Multiplexer) ▷ n 개의 선택입력에 따라 2n 개의 입력 중 하나를 선택하여

출력으로 연결▷ 2n-to-1 멀티플렉서

2n 개의 입력 신호와 n 개의 입력선택신호를 가짐 ▷ 4×1 멀티플렉서 :

4 개의 입력 신호가 각각 AND Gate 에 입력되고 두개의 선택 입력에 의해 AND Gate 의 출력들 중하나를 선택한다

12컴퓨터시스템구조

멀티플렉서멀티플렉서 (Multiplexer) (2)(Multiplexer) (2)

▶ Quardruple 2×1 멀티플렉서 ▷ 4 개의 2×1 멀티플렉서로 구성 ▷ 2 개의 4 비트 중 1 개의 4 비트를 선택

13컴퓨터시스템구조

레지스터레지스터 (Register) (1)(Register) (1)

▶ 레지스터 ▷ 다수 비트의 이진 정보를 저장하는 기억 부품 (IC)▷ n- 비트 레지스터

n- 비트의 2 진 정보를 저장하기 위해 n 개의 플립플롭과 데이터 처리를 위한 조합회로로 구성

클럭 입력 C 가 병렬로 모든 입력을 플립플롭에 로딩한다

▷ 4-bit 레지스터 : 외부 게이트 없이 단순히 플립플롭만으로

이루어진 구조 공통의 클럭 입력으로 4 개의 D-FF 을

동시에 동작시켜 데이타를 저장 클리어 입력의 값이 0 이 될 경우

레지스터의 출력을 0 으로 한다 레지스터의 내용이 변경되지 않도록

하려면 클럭 신호를 차단

14컴퓨터시스템구조

레지스터레지스터 (Register) (2)(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 1 인 경우에 4

개의 입력이 클럭 상승 변이시간에서 레지스터로 로드된다

로드 제어신호가 0 일 때는 레지스터의 내용은 불변

15컴퓨터시스템구조

레지스터레지스터 (Register) (3)(Register) (3)

▶ 시프트 레지스터 ▷ 레지스터의 2 진 정보를 단방향 또는 양방향으로 자리 이동 시켜주는

레지스터 ▷ 각 비트의 플립플롭들이 서로 서로 입력과 출력에 연쇄적으로 연결 ▷ 클럭 펄스에 의해 1 비트씩 자리이동

16컴퓨터시스템구조

레지스터레지스터 (Register) (4)(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 n 개의 입력라인과 병렬 로드동작을 수행 n 개의 병렬 출력라인 클럭펄스가 계속 입력되더라도 레지스터의 정보가 변하지 않도록 하는

제어상태 요구

17컴퓨터시스템구조

레지스터레지스터 (Register) (5)(Register) (5)

▶ 병렬로드를 가진 4 비트 양방향 시프트 ▷ 4 개의 D-FF 과 4×1MUX 로 구성 ▷ 2 개의 선택입력으로 레지스터의 동작 모드 (Mode) 결정

▶ 시프트 레지스터의 사용 ▷ 시프트 레지스터는 주로 원격지 시스템 사이의 데이타를 전송하고자

할 때 사용 18컴퓨터시스템구조

22 진 카운터 진 카운터 (1)(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/F 의 개수에 따라 결정 , 즉 n 개이면 0~(2n-1) 까지 계수

▶ 입력펄스의 동작에 따른 카운터의 분류 ▷ 동기식 (Synchronous) 카운터 / 비동기식 (Asynchronous)

카운터

19컴퓨터시스템구조

22 진 카운터 진 카운터 (2)(2)

▶ 동기식 (Synchronous) 카운터▷ 클럭이 모든 플립플롭에 공통적으로 연결▷ 예 : 4- 비트 동기식 2 진 카운터

20컴퓨터시스템구조

22 진 카운터 진 카운터 (3)(3)

▶ 비동기식 (Asynchronous) 카운터▷ 첫번째 플립플롭에만 클럭펄스가 연결 ( 인가 )▷ 첫번째 플립플롭이 동작하여 출력하는 신호가 다음 플립플롭의

클럭펄스로 연결▷ 플립플롭이 연결된 순서대로 순차적으로 동기화되어 동작

21컴퓨터시스템구조

22 진 카운터 진 카운터 (4)(4)

▶ 병렬 로드를 가진 2 진 카운터 ▷ 카운터의 초기값을 설정하기 위해 요구▷ 병렬 로드기능과 클리어 기능을 가짐

▶ 동작 ▶ Clear 입력이 1 이면 모든

비트를 0 으로 클리어 ▶ Load 입력이 1 이면

카운터는 중단되고 4 개 비트의 병렬입력이 각 플립플롭의 비트에 로드

▶ Increment 신호가 1 이면 레지스터가 기억하고 있던 값부터 오름순으로 수를 센다

22컴퓨터시스템구조

메모리 장치 메모리 장치 (1)(1)

▶ 메모리 장치 (Memory Device) ▷ 정보의 입출력 기능을 가진 저장요소들의 집합 ▷ 입출력에서 하나의 단위로 취급되는 비트의 그룹 즉 , Word 로

정보저장 ▷ 메모리 워드는 1 과 0 의 비트 그룹으로 숫자 , 명령어 , 문자 등의

정보를 저장 바이트 (Byte) – 8 비트로 이루어진 비트 그룹

▶ 메모리의 내부구조 ▷ 한 워드를 구성하는 비트 수나 전체 워드 수에 의해 규정 ▷ 메모리 워드는 0~2k-1 까지의 주소를 가지고 있어서 그에 따라

주소입력 (k 개의 입력라인 ) 의 값에 따라 특정 워드가 선택 ( 임의 접근 )

▷ 내부의 디코더가 특정 워드 지정하는 동작 수행

23컴퓨터시스템구조

메모리 장치 메모리 장치 (2)(2)

▶ 주소 선택선 ▷ 1024 워드인 경우 – 10 비트의 주소선 ▷ 232 워드인 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)

24컴퓨터시스템구조

메모리 장치 메모리 장치 (3)(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 ▷ n 개의 입력과 출력을 갖는 메모리 블록도

k 개의 주소라인으로 메모리내의 2k 개의 워드 중 하나를 선택 두 개의 제어입력 (R/W) 은 데이타의 전송방향을 지정

25컴퓨터시스템구조

메모리 장치 메모리 장치 (4)(4)

▶ 임의접근 메모리의 저장과정 ▷ 원하는 워드의 2 진 주소값을 주소입력에 넣는다 ▷ 메모리에 저장될 데이타 비트들을 데이타 입력에 넣는다 ▷ 쓰기 (Write) 입력을 활성화한다

▶ 임의접근 메모리에서 읽는 과정 ▷ 원하는 워드의 2 진 주소값을 주소입력에 넣는다 ▷ 읽기 (Read) 입력을 활성화한다

26컴퓨터시스템구조

메모리 장치 메모리 장치 (5)(5)

▶ 읽기 전용 메모리 (Read Only Memory: ROM) ▷ ROM 에 저장된 데이타는 H/W 수명이

다할 때까지 변하지 않는다 ▷ 읽기 동작만 허용하며 , 쓰기 동작에

의해서는 그 내용이 변하지 않는다

▶ ROM 의 규격 ▷ 한 워드가 n 비트이고 총 m 워드를

저장하는 ROM 을 m×n ROM 이라 함 ▷ 2k=m 워드 중에서 하나를 선택하기 위한

k 개의 주소입력 필요 ▷ 용량의 확장을 위한 인에이블 (Enable)

입력을 가진다 27컴퓨터시스템구조

메모리 장치 메모리 장치 (6)(6)

▶ ROM 의 구성 ▷ 디코더와 OR Gate 집합으로 구성된 조합회로 ▷ k 개의 입력과 n 개의 출력을 가진 어떠한 조합회로도 구현 가능 ▷ ROM 에 저장된 2 진 제어정보를 이용하는 제어장 치를 마이크로

프로 그램된 제어장치 (Microprogrammed Control Unit) 라 한다

▶ ROM 의 종류 - 정보 저장 방법 ▷ Maskrom( 마스크롬 )

고정된 프로그램 방식 반도체제조공정의 마지막 단계에서 요구하는 진리표에 따라 ROM 을

프로그램한다 이 방식은 비용이 가장 적게 든다

28컴퓨터시스템구조

메모리 장치 메모리 장치 (7)(7)

▶ ROM 의 종류 - 정보 저장 방법 ▷ PROM(Programmable ROM)

초기에 PROM 의 출력은 모두 0 이지만 사용자의 가공에 의해 저장될 내용을 프로그램할 수 있다

적은 량의 ROM 을 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 ROM 속의 내용을 소거

29컴퓨터시스템구조