한글강의노트 Chap1

(1)

Digital

Fundamentals

Tenth Edition

Floyd

Chapter 1

(2)

1

1 1 장

장

장 디지털

디지털

디지털 개념

개념

학습 목표

z 디지털 양과 아날로그 양의 기본적인 차이점. z 전압 레벨이 어떻게 디지털 양으로 표현되는가에 대한 이해. z 펄스 파형(상승시간, 하강시간, 펄스폭, 주파수, 주기, 듀티사이클). z NOT AND와 OR의 논리 연산

z NOT, AND와 OR의 논리 연산.

z 집적 회로의 패키지에 대해 IC 핀 번호를 정의. z 주요 계측기의 소개

(3)

1

1 1---1

1 1 디지털

디지털

디지털 양과

양과

양과 아날로그

아날로그

아날로그 양

양

• 아날로그회로와 디지털회로

아날로그(analog) 양 : 연속적으로 변화하는 값을 가짐

• 아날로그(analog) 양 : 연속적으로 변화하는 값을 가짐

(대부분의 물리적 측정값)

• 디지털(digital) 양 : 유한한 개수의 이산 집합의 값을 가짐

• 디지털의 장점 : 데이터를 처리하고, 저장하고 전송하는데 효과적임

잡음의 영향을 적게 받음

온도, 시간, 압력,거리,소리 ?

(4)

1

1 1---1

1 1 디지털

디지털

디지털 양과

양과

양과 아날로그

아날로그

아날로그 양

양

z 아날로그 전자시스템 : PA(public address) 시스템

(5)

1

1 1---2 2

2 2

2 2진

진

진 숫자

숫자

숫자, , , 논리레벨과

논리레벨과

논리레벨과 디지털

디지털

디지털 파형

파형

• 디지털 전자공학에서는 두 가지의 상태만을 갖는 회로 및 시스템 다룸.

• 두 상태 : 높은전압 HIGH(1), 낮은전압 LOW(0)

• 2진 숫자 : 두 개의 숫자인 1과 0이 사용

• 비트 : 한 개의 이진 숫자

• 양 논리(positive logic): 1을 HIGH로, 0을 LOW로 표현

• 논리 레벨 : 1과 0을 표현하기 위하여 사용되는 전압크기

9 실제 디지털 회로에서는 1(High) 또는 0(Low)에 대응되는

전압레벨은 단 하나의 값으로만 정해질 수 없고 일정 범위가 있음

디지털 회로에서 전압의 논리 레벨 범위

3.3

2

3.3V 공급전원을 갖는 CMOS회로 인 경우

0.8

0

인 경우

0

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1

1 1---2 2

2 2

2 2진

진

진 숫자

숫자

숫자, , , 논리레벨과

논리레벨과

논리레벨과 디지털

디지털

디지털 파형

파형

디지털 파형

9 HIGH와 LOW 레벨 또는 상태를 반복하는 전압 레벨로 구성

9 양의 펄스(positive going pulse), 음의 펄스(negative going pulse)

이상적인 펄스파형

z 실제의 펄스 파형

9상승 시간(t_r): 펄스 진폭이 10%에서 90% 레벨까지 증가하는데 걸리는 시간 9하강 시간(t_f) : 펄스 진폭이 90%에서 10% 레벨로 감소하는데 걸리는 시간 레벨로 감소하는데 걸리는 시간 9펄스 폭(t_w) : 상승 에지와 하강 에지에서 50%인 두 점 사이의 시간

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1

1 1---2 2

2 2

2 2진

진

진 숫자

숫자

숫자, , , 논리레벨과

논리레벨과

논리레벨과 디지털

디지털

디지털 파형

파형

파형의 특성

z 주기 펄스

– 주기 펄스 : 일정한 간격으로 같은 파형이 반복되는 펄스열

주파수 주기의 반복 율 단위 h t (H )

– 주파수 : 주기의 반복 율 단위, hertz(Hz)

– 주파수(

f)

와 주기 (

T)

사이의 관계 :

f= 1/T

z 주기펄스의 듀티 사이클

(duty cycle)

(

y y

)

=

t

_w_w

/T x 100%

/

– 주기에 대한 펄스 폭(

t

_w

)의 비를 100분율로 나타낸 것

Volts 주기적인 파형(구형파) Volts 비주기적인 파형 Time

Amplitude (A)Pulse width (tW)

(8)

1

1 1---2 2

2 2

2 2진

진

진 숫자

숫자

숫자, , , 논리레벨과

논리레벨과

논리레벨과 디지털

디지털

디지털 파형

파형

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1

1 1---2 2

2 2

2 2진

진

진 숫자

숫자

숫자, , , 논리레벨과

논리레벨과

논리레벨과 디지털

디지털

디지털 파형

파형

2진 정보를 운반하는 디지털 파형

z 클럭(clock)

9 디지털 시스템에서 모든 파형은 기본 타이밍 파형인

클럭과 동기됨

9 한 비트 시간과 동일한 펄스 간격을 갖는 주기적인 파형

비트열의 파형과 동기화된 클럭 파형의 예 비트열의 파형과 동기화된 클럭 파형의 예

(10)

1

1 1---2 2

2 2

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진

진 숫자

숫자

숫자, , , 논리레벨과

논리레벨과

논리레벨과 디지털

디지털

디지털 파형

파형

타이밍 도(timing diagram)

여러 파형의 상호 시간 관계와 각 파형이 다른 파형들과 관련되어

어떻게 변하는지를 나타내는 디지털 파형의 그래프

타이밍 도의 예 타이밍 도의 예

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1

1 1---2 2

2 2

2 2진

진

진 숫자

숫자

숫자, , , 논리레벨과

논리레벨과

논리레벨과 디지털

디지털

디지털 파형

파형

데이터 전송

9데이터란 어떤 형태의 정보를 전달하는 비트들의 그룹

컴퓨터로부터 모뎀으로 직렬 전송되는 8-비트의 2진 데이터 컴퓨터로부터 프린터로 병렬 전송되는 8-비트의 2진 데이터

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1

1 1---2 2

2 2

2 2진

진

진 숫자

숫자

숫자, , , 논리레벨과

논리레벨과

논리레벨과 디지털

디지털

디지털 파형

파형

(b) 동일한 8개의 비트를 8비트단위 병렬로 전송하는데 필요한 총 시간은 얼마인가? 관련문제) 2진데이터가 USB케이블을 통해서 480Mbps의 속도로 직렬전송된다면 16 비트를 직렬로 전송하기 위해서는 시간이 얼마나 걸리겠는가? 16 비트를 직렬로 전송하기 위해서는 시간이 얼마나 걸리겠는가?

(13)

1

1 1---3

3 3 기본

기본

기본 논리

논리

논리 연산

연산

9 디지털 기본 논리 연산 : NOT, AND, OR

9 디지털 기본 게이트 : NOT Gate, AND Gate, OR Gate

모든 입력이 HIGH일 때만 출력은

HIGH

and gate

HIGH.

or gate

입력들 중 어느 하나라도(하나 이상)

HIGH이면 출력은 HIGH

출력은 입력의 반대

inverter(not gate)

(14)

1

1 1---4

4 4 시스템

시스템

시스템 개념

개념

비교 기능

* 굵은선 : 병렬 전송선 그룹을 나타냄 0010 0 0

기본적인 크기 비교기 A가 B보다 작으면(2<5), 출력 A<B에_{HIGH가 나타남}

0101 1 기본적인 기 비 기 _{HIGH가 나타남.}

산술 기능

0011 0011 1001 1 0010 기본적인 가산기(덧셈기) 0

(15)

1

1 1---4

4 4 시스템

시스템

시스템 개념

개념

인코딩과 디코딩 기능

9 인코더의 예)계산기의 키 입력을 계산 또는 저장에 사용할 수 있도록 이진 코드로 변환시키는 인코더 9 디코더의 예) 2진 코드를 10진수 판독을 위해 7-세그먼트 표시기로 변환시키는 디코더 1001 1001 1000

인

딩 기능

디

딩 기능

인코딩 기능

디코딩 기능

(16)

1

1 1---4

4 4 시스템

시스템

시스템 개념

개념

데이터 선택 기능

9 멀티플렉서(multiplexer, MUX) • 여러 입력단으로 들어오는 데이터를 정해진 순서대로 한 개의 출력단을 통해 출력 시키는 회로 9 디멀티플렉서(demultiplexer, DEMUX) • 하나의 입력단으로 들어오는 데이터를 정해진 순서대로 여러 개의 출력 단으로 출력시키는 회로

TDM?

(17)

1

1 1---4

4 4 시스템

시스템

시스템 개념

개념

저장기능

9 플립플롭 한번에 1이나 0중 한 비트만 저장할 수 있는 쌍안정(두 개의 9 플립플롭 : 한번에 1이나 0중 한 비트만 저장할 수 있는 쌍안정(두 개의 안정상태)논리 회로. 9 레지스터 : 몇 개의 플립플롭을 결합하여 구성한 것. 9 반도체 메모리 : ROM, RAM 등반도체 메모리 ROM, RAM 등

9 자기 메모리 : HDD, FDD 등

4-비트 병렬 시프트 레지스터의 동작

4-비트 직렬 시프트 레지스터의 동작 4 비트 병렬 시프트 레지스터의 동작

(18)

1

1 1---4

4 4 시스템

시스템

시스템 개념

개념

계수 기능

9 디지털 카운터(counter) 9 레벨 변화나 펄스로 표현되는 사건의 수를 계수(저장능력 필요) 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 기본적인 카운터의 동작

기타 코드변환기능, 메모리기능 등

(19)

1

1 1---5

5 5 집적회로

집적회로

: 앞서 살펴본 논리소자와 기능들은 IC형태로 존재

9 모노리딕 집적회로(monolithic IC) • 한 개의 작은 실리콘 칩(chip)에 구현된 전자회로. 이 회로는 트랜지스터, 다이오드, 저항, 캐패시터 등으로 구성

9 IC 패키지 ; PCB(printed circuit board)에 장착되는 방법에 따라 분류 • 쓰루-홀(through-hole) 삽입형 : DIP 패키지;

• 표면 실장(surface mount)형 : 표면 실장 기술(surfacemount technology;SMT) -SOIC(small-outline IC) PLCC(plastic leaded chip carrier) LCC(leadless SOIC(small outline IC), PLCC(plastic leaded chip carrier), LCC(leadless ceramic chip carrier), QFP(Quad flat package)

Pin 1

(20)

1

1 1---5

5 5 집적회로

집적회로

(21)

1

1 1---5

5 5 집적회로

집적회로

핀번호

End view End view End view

SOIC

PLCC

(Plastic Leaded Chip Carrier)

LCC

(22)

1

1 1---5

5 5 집적회로

집적회로

고정기능 IC의 집적도 분류

9모든 IC는 바이폴라 접합 트랜지스터(bipolar junction transistor)로 TTL이나

MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor)에 의해 CMOS로 구현.

IC의 집적도에 따른 분류

z SSI(Small Scale Integration) : 12개까지의 등가 게이트 회로가 한 칩에 포함 z SSI(Small Scale Integration) : 12개까지의 등가 게이트 회로가 한 칩에 포함

9 기본 게이트와 플립플롭 칩

z MSI(Medium Scale Integration) : 12~100개까지의 등가 게이트 회로가 한칩에 포함 9 인코더, 디코더, 카운터, 레지스터, 멀티플렉서, 산술 회로, 소형 메모리 칩, , , , , , z LSI(Large Scale Integration) : 100~10,000개까지의 등가 게이트회로가 한 칩에 포함

9 소규모 프로세서, 소형 메모리 등

z VLSI(Very Large Scale Integration) : 10,000~100,000개까지의 등가 게이트 IC 9 마이크로 프로세서 등

9 마이크로 프로세서 등

z ULSI(Ultra Scale Integration) : 100,000개 이상의 게이트가 집적된 칩

(23)

1

1 1---6

6 6 시험

시험

시험 및

및

및 계측장비

계측장비

(24)

1

1 1---6

6 6 시험

시험

시험 및

및

및 계측장비

계측장비

오실로스코프

수직위치조정 수직한칸당 전압크기조정 수평위치조정 HORIZONTAL VERTICAL TRIGGER CH 1 CH 2 BOTH SLOPE Ð + 수평한칸당 시간크기조정 POSITION VOLTS/DIV POSITION VOLTS/DIV SEC/DIV POSITION Ð + LEVEL SOURCE 5 s 5 ns AC-DC-GND 5 V 2 mV COUPLING AC-DC-GND 5 V 2 mV COUPLING CH 1 CH 2 EXT LINE TRIG COUP CH 1 CH 2 EXT TRIG DC AC DISPLAY PROBE COMP 5 V INTENSITY AC커플링 : 파형의 AC성분만 보이도록 조절됨(파형이 0V가 중심이 되도록 조절)

(25)

1

1 1---6

6 6 시험

시험

시험 및

및

및 계측장비

계측장비

오실로스코프

AC커플링 : 파형의 AC성분만 보이도록 조절됨(파형이 0V가 중심이 되도록 조절) AC커플링 : 파형의 AC성분만 보이도록 조절됨(파형이 0V가 중심이 되도록 조절) DC커플링 : 파형의 DC와 AC성분이 모두 포함된 형태로 보임

프루브(Probe)

(

)

(26)

1

1 1---6

6 6 시험

시험

시험 및

및

및 계측장비

계측장비

디지털 멀티미터(DMM)

OFF V Hz 0.01 V

범용의 계측 장비로서 기본적으로 아래사항을 측정

- 전압 Voltage(병렬로 측정)

- 전류Ampere (전류경로에 직렬로측정)

1 s 1 s 10 A Range Autorange Touc h/Hold V mV A

전류

pe e (전류경

에 직렬

측정)

-저항Resistance을 측정(전원 제거후 측정)

-회로의 연결, 단락 검사

V 40 m A COM Fused

신호발생기(함수발생기, 패턴발생기 등)

(27)

1

1 1---6

6 6 시험

시험

시험 및

및

및 계측장비

계측장비

DC전원 공급기(DC Power Supply)

교류전압을 안정적인 DC전원으로 바꾸어 출력

- 모든 디지털회로는 DC전원이 필요함

- 보통 1.2V~5V범위에서 사용

통 . V 5V범위에서 사용

(28)

1

1 1---7

7 7 프로그램가능한

프로그램가능한

프로그램가능한 논리소자

논리소자

논리소자 개요

개요

프로그램가능한 논리소자의 종류

z 종류 :

9 PLD(programmable logic device)

9 FPGA (field-programmable gate array)

z PLD: SPLD(simple PLD), CPLD(complex PLD)

(

p

),

(

p

)

9 SPLD : 몇 개의 SSI 혹은 MSI 대신 사용,PAL, GAL, PLA, PROM 등 9 CPLD : SPLD보다 집적도가 높음

z FPGA :

가장 집적도가 높으며, 프로그램 가능한 상호 연결, 입/출력

(29)

Chapter 1

Chapter 1 1. 아날로그 시스템과 비교할때, 디지털 시스템은

잡음에 강하다

a. 잡음에 강하다

b. 무한한 개수의 값을 갖는다

c 보다 큰 전력을 다룰 수 있다

c. 보다 큰 전력을 다룰 수 있다

2. 한 비트로 나타낼 수 있는 값의 종류는 몇개?

a. one

b. two

th

c. three

d. ten

(30)

Chapter 1

Chapter 1 3. 펄스의 선두엣지(leading edge)에서의 크기 50%

지점에서 후미엣지(trailing edge)에서의 크기 50% 지점

사이의 시간을 측정한 값은?

a rise time

a. rise time

b. fall time

c. period

p

d. pulse width

4. 펄스의 후미엣지에서 크기가 90%인 시간

지점에서부터 10%인 시간지점 사이의 시간측정값은?

a. rise time

b. fall time

c. period

(31)

Chapter 1

Chapter 1 5. 클럭신호의 주파수의 역수는?

5. 클럭신

의 주파수의 역수는?

a. rise time

b. fall time

c. period

d. pulse width

6 클럭신호의 주기 T가 500 ps이면 주파수 f는

6. 클럭신호의 주기 T가 500 ps이면, 주파수 f는

a. 20 MHz

b. 200 MHz

c. 2 GHz

d. 20 GHz

(32)

Chapter 1

Chapter 1 7 AND OR NOT 게이트를 이용해서 만들수 있는 것은?

7. AND, OR, NOT 게이트를 이용해서 만들수 있는 것은?

a. storage devices

b. comparators

b. co pa ato s

c. data selectors

d. all of the above

8. 시프트 레지스터는 아래중 무엇의 예인가?

d

i

a. storage device

b. comparator

c data selector

c. data selector

d. counter

(33)

Chapter 1

Chapter 1 9. 몇개의 입력선들 중에 하나를 선택하여 하나의 선으로