1. 디지털 정보의 표현 단위
1. 정보의 최소 단위: 비트(Bit)와 바이트(Byte)
디지털 정보는 2진수(Binary System) 를 사용하여 표현됩니다. 가장 작은 단위는 비트(Bit) 로, 0 또는 1의 값을 가질 수 있습니다.
비트가 모이면 더 큰 단위를 형성하며, 다음과 같은 관계를 가집니다.
- 1 nibble = 4 bit
- 1 byte = 8 bit
- 1 byte = 1 character
- 영어 문자: 1 byte(8비트)로 표현
- 한글 문자: 2 byte(16비트) 필요
2. 워드(Word)란?
워드(Word) 는 특정 CPU에서 한 번에 처리할 수 있는 데이터의 크기를 의미하며, CPU 아키텍처에 따라 다릅니다.
- 예: 32비트 프로세서 → 1 word = 32 bit, 64비트 프로세서 → 1 word = 64 bit
또한, 워드의 비트 구조에서 다음 개념이 중요합니다.
- MSB(Most Significant Bit): 최상위 비트 (가장 왼쪽 비트, 값에 가장 큰 영향을 미침)
- LSB(Least Significant Bit): 최하위 비트 (가장 오른쪽 비트, 값에 가장 적은 영향을 미침)
3. 디지털 정보의 전압 레벨
디지털 시스템에서는 정보를 전압의 높낮이 로 표현합니다.
- 0과 1, 두 가지 상태만 존재
- 0 = 낮은 전압(Low), 1 = 높은 전압(High)
- 전자 회로에서 이진 데이터를 표현하는 기본 방식
디지털 정보의 전압레벨
2. 전자 소자의 스위칭 동작과 논리 표현
디지털 논리는 트랜지스터 같은 전자 소자의 스위칭 동작을 기반으로 동작합니다.
1. 스위칭 동작에 따른 논리 표현
(1) 다이오드(Diode) 스위칭
- Turn-On (전도) → 전류가 흐름 (1)
- Turn-Off (차단) → 전류가 흐르지 않음 (0)
(2) BJT(Bipolar Junction Transistor) 스위칭
- 차단(Switch OFF, 0) / 포화(Switch ON, 1) 상태를 활용
(3) NMOS 트랜지스터 스위칭
- 게이트(Gate)에 전압을 인가하면 전류가 흐름 (1)
- 게이트 전압이 없으면 전류가 차단됨 (0)
2. 정논리(Positive Logic)와 부논리(Negative Logic)
디지털 시스템에서는 논리를 표현하는 방식이 두 가지 있습니다.
- 정논리(Positive Logic):
- 높은 전압(High) = 1, 낮은 전압(Low) = 0
- 일반적으로 가장 많이 사용
- 부논리(Negative Logic):
- 낮은 전압(Low) = 1, 높은 전압(High) = 0
- 특수한 경우에 사용됨
3. 논리 펄스 파형
1. 이상적인 펄스 파형
이상적인 주기적인 펄스 신호는 두 개의 에지(Edge) 로 구성됩니다.
- 리딩 에지(Leading Edge) = 상승 에지(Rising Edge)
- 신호가 0 → 1로 변화하는 순간
- 트레일링 에지(Trailing Edge) = 하강 에지(Falling Edge)
- 신호가 1 → 0으로 변화하는 순간
2. 실제의 펄스 파형
이상적인 신호와 달리 실제 회로에서는 신호가 완벽하게 순간적으로 변하지 않고, 변화하는 시간이 존재합니다.
- 상승 시간(Rise Time, tr): 신호가 0에서 1로 변할 때 걸리는 시간
- 하강 시간(Fall Time, tf): 신호가 1에서 0으로 변할 때 걸리는 시간
- 펄스 폭(Pulse Width, tw): 신호가 1 상태를 유지하는 시간
3. 주파수, 주기, 듀티 사이클
(1) 주파수(Frequency, f)
- 주기적인 신호가 1초 동안 몇 번 반복되는지를 나타냄
- 단위: 헤르츠(Hz, Hertz)
(2) 주기(Period, T)
- 한 번의 주기가 반복되는 데 걸리는 시간(초, s)
(3) 주파수와 주기의 관계
- f = 1/T
- 주파수(f)가 높으면 주기(T)는 짧아짐 (빠르게 변화)
- 주파수(f)가 낮으면 주기(T)는 길어짐 (느리게 변화)
(4) 듀티 사이클(Duty Cycle)
- 펄스 신호가 "1"을 유지하는 비율(%)
- Duty Cycle (%) = (펄스폭 / 주기) × 100
- 예: 50% → 절반의 시간 동안 "1", 나머지 절반은 "0"
듀티 사이클
요약
1. 디지털 정보의 표현 단위
- 1 bit = 0 또는 1을 표현하는 최소 단위
- 1 byte = 8 bit, 1 nibble = 4 bit
- MSB(최상위 비트), LSB(최하위 비트)
2. 디지털 정보의 전압 레벨
- 2진수(Binary System) 사용
- 0과 1로 정보를 표현 (Low = 0, High = 1)
3. 전자 소자의 스위칭 동작
- 다이오드(Diode), BJT, NMOS 트랜지스터를 이용한 스위칭 동작
- 디지털 회로에서 0과 1의 상태를 만들고 논리 연산 수행
4. 정논리 vs 부논리
- 정논리(Positive Logic): High = 1, Low = 0 (일반적으로 사용)
- 부논리(Negative Logic): High = 0, Low = 1
5. 논리 펄스 파형
- 이상적인 펄스는 상승 에지(Rising Edge)와 하강 에지(Falling Edge)로 구성
- 실제 신호는 상승 시간(tr), 하강 시간(tf), 펄스 폭(tw)이 존재
6. 주파수, 주기, 듀티 사이클
- 주파수(f) = 1 / 주기(T)
- Duty Cycle = (펄스폭 / 주기) × 100%