Better Jeong

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Vision Software Engineer

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컴퓨터 구조 스터디를 하며 ‘Mano의 컴퓨터시스템구조 제3판’ 교재를 정리한 글입니다.

디지털 부속품

레지스터 (Register)

$n$비트 레지스터는 $n$비트의 이진 정보를 저장할 수 있다.
$n$개의 플립플롭과 조합 회로로 구성되어 있다.
외부 게이트를 가지지 않고 플립플롭만으로 구성된 것이 가장 단순한 형태이다.

register

위 4비트 레지스터는 하나의 클럭 입력으로 4개의 $D$ 플립플롭에 동시에 상승 펄스를 제공한다.
출력측에서는 언제나 저장된 값을 참조할 수 있다.
클리어(clear) 입력은 값이 0이 되면 클럭과 관계 없이 모든 출력을 0으로 만든다.

병렬 로드를 가진 레지스터

register2

로드 제어 입력을 가진 4비트 레지스터는 클럭 펄스의 작용 여부를 결정할 수 있다.

로드 입력이

  • 1인 경우: 다음 클럭 펄스가 상승할 경우 네 개의 입력 전달
  • 0인 경우: 입력 차단, $D$ 입력은 자신의 출력으로 연결됨

클럭의 버퍼(buffer) 게이트를 통해 하나의 게이트에 필요한 전력으로 네 개의 게이트에 클럭을 제공할 수 있다.

시프트 레지스터(shift register)

레지스터에 저장된 이진 정보를 단방향 또는 양방향으로 이동시키는 것이다.

shift

각 플립플롭의 입력과 출력을 연결시키고, 공통 클럭 펄스로 이동을 제어한다.

병렬 로드를 가지는 양방향 시프트 레지스터

shift2

shiftf

선택 입력으로 레지스터의 동작 모드를 결정한다.
$S_1$, $S_0$: 선택 입력

이진 카운터

counter

입력 펄스에 따라 정해진 순서대로 상태 변이가 진행되는 레지스터이다.
어떤 사건의 발생 횟수를 세거나, 동작 순서 제어를 위한 타이밍 신호를 만들 때 사용한다.

$n$개의 플립플롭을 가진 $n$비트 이진 카운터는 0부터 ($2^n - 1$)까지 카운트한다.
오름 이진 순서(000, 001, 010, …)이 가장 간단하다.
이진 카운트를 위해 보수화 기능이 있는 $T$ 또는 $JK$ 플립플롭을 사용한다.
인에이블이 1일 때, 클럭 상승 변이에서, $A_0$는 항상 보수화되며, 나머지는 자신 이전의 플립플롭 출력이 1일 경우만 보수화된다.

병렬 로드를 가진 이진 카운터

counter2

counter2f

카운터 초기값 설정을 위해 병렬 로드 기능이 필요하다.
위 그림은 병렬 로드 기능과 동기적으로 클리어 되는 기능을 가진 이진 카운터의 블럭도이다.

메모리 장치

메모리 장치: 정보의 입출력 기능을 가진 저장요소들의 집합, 비트 그룹인 word로 정보 저장
메모리 워드: 1, 0의 비트 그룹으로 숫자, 명령어, 문자 등 정보 저장
바이트(byte): 8비트로 이루어진 비트 그룹, 대부분의 컴퓨터 메모리가 8의 배수 크기의 워드를 채택

임의접근 메모리(random-access memory, RAM)

워드의 물리적인 위치에 관계없이 접근 절차, 접근 시간이 동일하다.
쓰기 동작(데이터 입력), 읽기 동작(데이터 출력)을 제공하고, 이는 제어 신호로 선택한다.

ram

  • 워드 저장
    1. 워드의 이진 주소값을 주소 입력에 넣음
    2. 메모리에 저장될 데이터 비트들을 데이터 입력에 넣음
    3. 쓰기 입력 활성화
  • 워드 꺼내기
    1. 이진 주소값을 주소 입력에 넣음
    2. 읽기 입력 활성화

읽기 전용 메모리(read-only memory, ROM)

한 번 저장된 데이터는 영구적이므로 읽기 동작만 허용된다.
저장된 이진 정보는 장치 내에 일정한 상호 연결 패턴을 형성한다.
내부에 프로그램이 가능한 전자적 퓨즈(fuse)를 가지고 있어 어떤 패턴이 형성되면 전원이 끊어져도 계속 남아 있게 된다.
읽기 제어 입력이 없으며, 주소 입력값에 따라 출력이 결정된다.

rom

컴퓨터에서 고정된 프로그램, 상수 등을 저장하는 메모리로 사용하거나, 제어 회로의 내부 제어 변수 변화 순서를 저장하는 데 사용한다.

ROM의 종류

  1. 고정된 프로그램 방식(mask programming): 고객이 제시한 진리표에 따라 ROM 프로그램
  2. 프로그램이 가능한 ROM(PROM): 사용자가 직접 저장될 내용을 프로그램
  3. 소거 가능 PROM(EPROM): 일정 시간 동안 자외선에 노출하면 초기값으로 복구
  4. 전기적 소거 가능 PROM(EEPROM): 전기적 신호에 따라 내용을 지울 수 있음

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