<컴퓨터 구조 #2>: 순서논리회로 기초

#순서논리회로 (조합논리회로 + 기억소자)

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 순서논리회로는 조합논리회로에 기억소자를 포함시킨 것이다. 즉, 회로가 정보를 기억하도록 만든 것이 순서논리회로다. 기억 장치에는 하드디스크, 롬, 램 등 여러 가지가 있는데, 이들의 기능은 대개 전기신호를 기억하고 있는 것이다.

 옛날부터 회로 안에서 어떻게 기억을 하는 기능을 넣을 수 있을까 라는 고민과 연구가 이루어졌고, 그 결과 플립플롭(소자)가 탄생하게 됐다.

 플립플롭이란, 전원이 공급되고 있는 동안 상태의 변화를 위한 신호가 발생할 때까지 현재의 상태를 그대로 유지하는 논리회로다. 즉 기억기능을 가지고 있다는 것이 가장 큰 특징이다. 플립플롭은 1비트를 기억하는 메모리 소자이며 레지스터 구성회로 널리 사용되고 있다.

 플립플롭의 기억 원리는 바로 '되먹임(Feed Back)'이다. 즉, 조합논리회로에서 발생한 출력을 다시 입력으로 되먹임하는 것이다. 출력이 입력이 되고, 그 입력이 다시 출력으로 나오는 무한 반복의 원리로 기억기능이 구현되는 것이다.

 

 되먹임의 원리에 대해 좀 더 자세히 알아보면 아래 그림과 같다. 처음에 전구가 켜져 있다 가정하고 쭈욱 경로를 따라가 보도록 한다.

 지속적으로 1이 출력될 수밖에 없는 구조라는 걸 금방 알 수 있다. 마찬가지의 원리로 0의 상태를 유지하는 경우를 살펴본다.

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 지금까지 알아본 것은 말 그대로 회로였다. 하지만 지금부터는 위와 같은 회로에 입력 장치를 추가한 '래치회로'에 대해 알아보도록 한다. 먼저 NOR 게이트를 활용한 RS 래치회로다. 처음에 잘 이해하는 것이 중요하니 좀 자세히 볼 필요가 있다.

 입력이 R, S로 2개가 있고, 출력이 Q와 /Q로 2개가 있다. (/Q는 Q의 역이다.) 이 회로도가 정상적으로 작동하는지 알고 싶다면 아래의 절차를 통해 손으로 직접 쓰고 눈으로 따라가보자. 아래와 같은 절차로 따라가 보도록 한다.

• Q와 /Q를 1과 0이라고 설정해놓는다. (이전 출력값을 설정해주는 작업, 이렇게 가정을 해야 새로운 출력값 획득가능)
• RS 래치회로표에 나와 있는 대로 R과 S값을 각 대입하여 새로운 출력 Q가 정상적으로 나오는지 살펴본다.
  
  /* 되먹임의 원리를 떠올려 보자. 전에 나온 값을 새롭게 되먹임을 하는 동작이었다. 따라서 우리가 학습할 때도, 이전 출력값이 있었다고 가정하고 논리를 확인해야 한다. */
  
  
• 이번에는 반대로 Q와 /Q를 0과 1이라고 설정해놓는다.
• RS 래치회로표에 나와 있는 대로 R과 S값을 각 대입하여 새로운 출력 Q가 정상적으로 나오는지 살펴본다.
  

/* 불변의 의미: S와 R을 각 0으로 입력하면, 전에 출력값과 언제나 동일하다는 의미다. */

/* 금지의 의미: S와 R을 각 1로 대입하면, Q와 /Q값이 동일해지는 이상현상이 발생한다. Q와 /Q는 서로 반대값을 가져야 회로로서의 의미가 있고 사용이 가능하기 때문에 이상현상이라 하는 거다. */

 이번에는 NAND 게이트를 활용한 RS 래치회로를 살펴보자. 이 회로가 정상작동하는지 확인하고 싶다면, 위의 절차와 마찬가지로 Q와 /Q값을 먼저 설정해준 후에 RS 래치회로표의 입력값을 각 넣어 비교해보면 된다.

 이번 포스팅에서는 래치회로에 대해 정리를 해 보았다. 래치회로에는 클락 기능이 없는데, 래치회로에 클락 기능을 추가한 것이 바로 플립플롭(flip flop)이다. 다음 포스팅에서 플립 플랍에 대해 정리해보도록 한다.