20250718 모각코 활동 1회차

오늘의 목표
1.컴퓨터 구조 기본 개념과 디지털 논리 이해하기

1. 컴퓨터 시스템 개요

computersystem

하드웨어 구조

중앙처리장치 (CPU)

명령어 실행과 연산을 담당하는 핵심 부품
제어장치(Control Unit)와 산술논리장치(ALU)로 구성
레지스터를 통해 임시 데이터 저장

메모리 시스템

주기억장치(RAM): 실행 중인 프로그램과 데이터 저장
보조기억장치(HDD, SSD): 영구적인 데이터 저장
캐시 메모리: CPU와 주기억장치 간의 속도 차이 보완

입출력 장치

입력장치: 키보드, 마우스, 터치스크린 등
출력장치: 모니터, 프린터, 스피커 등
입출력 제어기를 통해 CPU와 통신

소프트웨어 구조

소프트웨어는 계층적 구조로 구성

시스템 소프트웨어

운영체제(OS): 하드웨어 자원 관리 및 사용자 인터페이스 제공
컴파일러: 고급 언어를 기계어로 번역
어셈블러: 어셈블리어를 기계어로 번역

응용 소프트웨어

사용자가 직접 사용하는 프로그램
워드프로세서, 웹브라우저, 게임 등

2. 수 체계 (Number Systems)

이진수 (Binary - Base 2)

0과 1로만 구성된 수 체계
컴퓨터에서 모든 정보를 표현하는 기본 단위
예: 1011₂ = 1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 1×2⁰ = 11₁₀

8진수 (Octal - Base 8)

0~7의 숫자로 구성
이진수 3자리를 8진수 1자리로 변환 가능
예: 123₈ = 1×8² + 2×8¹ + 3×8⁰ = 83₁₀

16진수 (Hexadecimal - Base 16)

0~9, A~F로 구성 (A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15)
이진수 4자리를 16진수 1자리로 변환 가능
메모리 주소 표현에 주로 사용
예: A3F₁₆ = 10×16² + 3×16¹ + 15×16⁰ = 2623₁₀

진법 변환

10진수 → 2진수: 2로 나누어 나머지를 역순으로 배열 2진수 → 16진수: 4자리씩 묶어서 변환

1010 1100₂ = AC₁₆

3. 논리 게이트 (Logic Gates)

기본 게이트

AND 게이트

모든 입력이 1일 때만 출력이 1
진리표: A=0,B=0→0 | A=0,B=1→0 | A=1,B=0→0 | A=1,B=1→1
기호: D형 게이트 모양

OR 게이트

하나 이상의 입력이 1이면 출력이 1
진리표: A=0,B=0→0 | A=0,B=1→1 | A=1,B=0→1 | A=1,B=1→1
기호: 곡선형 게이트 모양

NOT 게이트 (인버터)

입력의 반대 값을 출력
진리표: A=0→1 | A=1→0
기호: 삼각형에 작은 원

복합 게이트

XOR 게이트 (배타적 OR)

입력이 서로 다를 때만 출력이 1
진리표: A=0,B=0→0 | A=0,B=1→1 | A=1,B=0→1 | A=1,B=1→0
덧셈 회로에서 자리올림 없는 합 구현

NAND 게이트

AND 게이트의 출력을 NOT한 결과
범용 게이트: 모든 논리 함수 구현 가능

NOR 게이트

OR 게이트의 출력을 NOT한 결과
범용 게이트: 모든 논리 함수 구현 가능

4. 부울 대수 (Boolean Algebra)

기본 법칙

교환 법칙 (Commutative Law)

A + B = B + A
A · B = B · A

결합 법칙 (Associative Law)

(A + B) + C = A + (B + C)
(A · B) · C = A · (B · C)

분배 법칙 (Distributive Law)

A · (B + C) = A·B + A·C
A + (B · C) = (A + B) · (A + C)

항등 법칙 (Identity Law)

A + 0 = A
A · 1 = A

보수 법칙 (Complement Law)

A + A' = 1
A · A' = 0

드모르간 법칙 (De Morgan's Law)

논리식의 부정을 간단히 하기 때문에 중요하다!

(A + B)' = A' · B'

OR의 부정은 각각의 부정을 AND

(A · B)' = A' + B'

AND의 부정은 각각의 부정을 OR

5. 조합 논리 회로 (Combinational Logic Circuit)

특징

출력이 현재 입력에만 의존
메모리 기능 없음
입력이 바뀌면 즉시 출력 변화

주요 회로

가산기 (Adder)

반가산기(Half Adder): 2개의 1비트 수를 더함
- 입력: A, B / 출력: Sum, Carry
- Sum = A ⊕ B, Carry = A · B
전가산기(Full Adder): 이전 자리올림까지 고려
- 입력: A, B, Cin / 출력: Sum, Cout

디코더 (Decoder)

n비트 입력을 2ⁿ개의 출력선 중 하나를 선택
메모리 주소 디코딩에 사용

인코더 (Encoder)

2ⁿ개의 입력선 중 하나를 n비트로 인코딩
키보드 입력 처리에 사용

멀티플렉서 (Multiplexer, MUX)

여러 입력 중 하나를 선택하여 출력
선택신호에 따라 입력 경로 결정

6. 순차 논리 회로 (Sequential Logic Circuit)

특징

출력이 현재 입력과 이전 상태에 의존
메모리 기능 보유
클록 신호에 동기화되어 동작
- 컴퓨터에서 모든 동작의 타이밍을 맞춰주는 기준 신호
- 컴퓨터 부품들이 언제 동작해야 하는지 알려주는 시간 기준

기본 소자

플립플롭 (Flip-Flop)

1비트 정보를 저장하는 기본 메모리 소자
클록 신호에 의해 상태 변화

응용 회로

카운터 (Counter)

클록 펄스를 계수하는 회로
업카운터, 다운카운터, 링카운터 등

레지스터 (Register)

여러 비트의 정보를 저장
시프트 레지스터: 데이터를 좌우로 이동

메모리

대용량 데이터 저장을 위한 순차 회로
RAM, ROM 등의 기본 구조