논리회로 레포트 - 조합 논리 회로와 순서 논리 회로를 비교하시오.

I. 서론

디지털회로 실습에서 7세그먼트 표시기에 숫자를 띄우는 회로와 버튼을 누를 때마다 숫자가 하나씩 증가하는 회로를 만들었을 때 둘의 차이가 확실히 느껴졌다. 표시할 4비트 입력이 정해지면 바로 해당 숫자를 만드는 회로는 현재 입력만 알면 됐다. 반면 버튼을 누른 횟수를 세는 회로는 조금 전 값이 무엇이었는지 기억해야 했다. 겉으로는 둘 다 0과 1을 처리하지만 필요한 구조가 달랐다. 조합 논리 회로와 순서 논리 회로의 핵심 차이가 바로 "과거 상태를 기억하는가"에 있다.

II. 본론

1) 현재 입력만 계산하는 조합 논리 회로

조합 논리 회로는 현재 들어온 입력값의 조합만으로 출력이 결정되는 디지털 회로다. 논리게이트를 연결해 원하는 부울 함수를 구현하며, 이전 입력이 무엇이었는지는 현재 출력에 영향을 주지 않는다. 입력 A와 B가 주어졌을 때 출력 Y가 특정 논리식으로 정해져 있다면 같은 A와 B에 대해 언제나 같은 Y가 나온다. 회로가 과거를 저장할 필요가 없기 때문에 기본 구조에는 래치나 플립플롭 같은 기억소자가 들어가지 않는다.

반가산기를 예로 들면 두 개의 1비트 입력을 더해 합과 자리올림을 만든다. 입력이 0과 0이면 합과 자리올림은 모두 0이고, 1과 1이면 합은 0, 자리올림은 1이 된다. 여기서 1초 전에 어떤 입력을 넣었는지는 관계없다. 현재 두 입력 조합만으로 결과가 정해진다. 전가산기는 자리올림 입력까지 받아 세 입력을 계산하지만 원리는 같다. 여러 전가산기를 연결하면 다비트 덧셈기를 만들 수 있다.

멀티플렉서도 대표적인 조합 회로다. 여러 입력 가운데 선택 신호가 지정한 입력 하나를 출력으로 전달한다. 예를 들어 4대1 멀티플렉서는 선택선 2비트 값에 따라 4개 데이터 입력 중 하나를 고른다. 선택 신호와 데이터 입력이 현재 무엇인지 알면 출력이 정해진다. 디코더는 입력된 이진 코드를 특정 출력선의 활성화로 바꾸고, 비교기는 두 이진수의 크기 관계를 판단한다. 각 회로는 저장보다 계산과 선택에 초점이 있다.

조합 회로를 설계할 때는 입력과 출력의 관계를 명확히 적는 작업이 중요하다. 요구사항을 진리표로 만들고, 각 출력에 해당하는 부울 함수를 구한 뒤 카르노맵이나 대수적 방법으로 식을 줄일 수 있다. 그 식을 게이트로 구현하고 시뮬레이션에서 모든 주요 입력 조합을 확인한다. 입력 수가 많으면 가능한 조합이 급격히 늘어나므로 모듈을 나눠 설계하거나 이미 검증된 가산기와 멀티플렉서 블록을 활용한다.

조합 회로라고 해서 출력이 수학식처럼 실제 시간 0에 즉시 바뀌는 것은 아니다. 게이트마다 전파지연이 있어 입력이 바뀐 뒤 출력이 안정되기까지 짧은 시간이 걸린다. 서로 다른 경로의 지연이 다르면 순간적으로 잘못된 펄스가 나타나는 해저드도 생길 수 있다. "현재 입력만 본다"는 설명은 논리 관계를 뜻하며 물리적 지연이 없다는 뜻은 아니다. 고속 회로를 설계할 때는 논리식뿐 아니라 가장 긴 신호 경로의 지연도 고려해야 한다.

2) 상태를 저장하고 시간에 맞춰 움직이는 순서 논리 회로