<컴퓨터 구조 #1>: 회로 정리 및 JK 플립플롭으로 3비트(bit) 카운터회로 만들기

#1 조합회로와 순차회로

 *조합회로

•  회로의 입력에 값이 주어지면 그 값에 대한 출력이 나오는 회로다. 회로의 현재 입력에 의해서만 출력값이 결정된다. (ex: AND/OR/NAND/XOR 등)

 *순차회로 (=순서논리회로)

• 같은 입력이 주어지더라도 회로의 상태에 따라 출력이 다른 회로다. Clock Pulse 유무에 따라 동기식과 비동기식으로 구분된다. (ex: 플립플롭/카운터/레지스터)
  
  

• 순서논리회로는 기억 소자를 포함한다. 회로가 정보를 기억하도록 만든 것이 순서논리회로다. 
  
  

• 플립플롭 회로: 플립플롭은 전원이 공급되고 있는 한, 상태의 변화를 위한 신호가 발생할 때까지 현재의 상태를 그대로 유지하는 논리회로다. 기억 기능을 가지고 있는 1비트 메모리 소자이며, 레지스터 구성회로로 널리 사용되고 있다.

 *플립플롭 (종류에 대한 간략 설명)

• 플립플롭은 대표적으로 RS, D, JK, T 이 네가지 종류가 있다. NOR게이트 또는 NAND게이트두 개의 상호결합으로 만들 수 있는 RS 플립플롭은 R = 1, S = 1일 때 Q와 /Q가 모두 0이라는 모순(불안정상태)을 가진다. 이를 보완하기 위해 JK 플립플롭이 등장했다. (J는 기존의 S, K는 기존의 R과 의미 동일) JK 플립플롭은  J = 1, K = 1일 때 Q(t+1) 값이 /Q(t)가 됨으로써 RS플립플롭의 불안정상태를 보완했다. 그 밖에 입력 값을 그대로 출력해주는 D 플립플롭, J와 K의 입력값이 같을 경우 (0 혹은 1을 입력했을 때)만 가지고 만든 T(toggle)플립플롭이 있다.
  
  

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 *플립플롭의 특성표(Characteristic Table) 및 여기표(Excitation Table)

출처: http://1.bp.blogspot.com/-46k6mpgdYLM/U-CdkksZYRI/AAAAAAAAAak/JEcK-h3Krq0/s1600/ff-summary.gif

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#2 3비트(bit) 카운터 회로 만들기

 *상태표 및 여기표 그리고 작성한 표

 여기서는 상태도를 생략하고 바로 상태표를 다루도록 한다. 상태도(State Diagram)이란 그림으로 값의 변화를 표현한 것이다. 여기서 카운터의 의미는 000(8진수 표현, 10진수로 0) 에서부터 111(8진수 표현, 10진수로 7) 까지 계속 순환한다는 것을 뜻한다. 즉, 계속 순환하는 회로다.

 JK플립플롭의 여기표를 이용해서 다음 상태로 넘어가기 위한 입력조건에 해당하는 입력값을 찾는다. 표에서 X의 의미는 'Don't care'를 의미한다. Don't care의 의미는, 입력값으로 1이든 0이든 어떤 값이 들어와도 만족하기에 상관 없다는 뜻이다.

 여기표를 토대로 해서 작성한 상태표다. 빨간색 화살표의 경우, Q(t)에 해당하는 A에서 Q(t+1)에 해당하는 A(Next)로 갈 때 0에서 0으로 가기 때문에, 그에 해당하는 J와 K의 값은 0과 X(Don't care)다. 주황색도 마찬가지 원리로 해석할 수 있다.

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 *나온 자료들을 바탕으로 작성하는 카르노맵

 상태표 JK의 입력 값을 간소화 시키고 의미있는 결론을 도출하기 위해 카르노맵을 그려본다.

 카르노맵을 통해 1이 나오는 지역들을 묶어주면서 수식이 도출된다. 이렇게 나온 결과들로 마지막은 3비트 회로를 그려주기만 하면 된다.

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 *3비트 회로 완성