한양대 Register

문서 내 토픽

1. D Flip-Flop

D Flip-Flop은 SR FF에 Not gate를 추가한 것으로, (0,1)과 (1,0) 값만 사용하고 싶을 때 input 낭비 없이 사용할 수 있다. D에 0이 입력되면 Q에는 1이 출력되고 Q'에는 0이 출력된다. 반대로, 1이 입력되면 Q에는 0이 출력되고 Q'에는 1이 출력된다. D FF의 timing diagram은 T FF의 timing diagram과 큰 차이가 있다. 다른 FF는 모두 positive edge로 clock이 0에서 1로 바뀌는 시점에 작동하지만, T FF은 negative edge로 clock이 1에서 0으로 바뀌는 시점에 작동하는 것을 유의하고 timing diagram을 그려야 한다.
2. 레지스터

레지스터 (Register)란 소규모 데이터 기억 장치를 뜻한다. 일련의 Flip-Flop들이 clock 하나를 공유하는 n비트 저장 장치이다. 시프트 레지스터 (Shift Register)은 단방향 또는 양방향으로 매 플립플롭씩 저장된 2n비트 정보를 좌 또는 우로 자리 옮김할 수 있는 레지스터이다. 한 FF의 output이 다음 FF의 input에 연속적으로 종속 연결된 형태로 되어있는 것이 특징이다. 또한, 하나의 clock을 공유하기에 레지스터의 모든 플립플롭들이 clock의 값에 따라 다음 단계로 자리 옮김을 하는 것을 볼 수 있다.
3. 레지스터 분류

레지스터는 입출력으로 구분해 종류를 나눌 수 있는데, PIPO PISO SIPO SISO로 나눌 수 있다. PIPO (Parallel input parallel output)는 레지스터에 병렬입력, 병렬출력 된다. PISO (Parallel input serial output)은 병렬입력, 직렬 출력이다. SIPO (Serial input parallel output)은 직렬 입력, 병렬출력이다. 마지막으로, SISO (Serial input serial output)은 직렬입력, 직렬출력이다.
4. 레지스터 데이터 전달

레지스터 간 데이터 전달은 두 종류로 나눌 수 있는데, 직렬 전달과 병렬 전달이다. 직렬 전달은 한 번에 한 bit씩 전달되고, 병렬 전달은 한 번에 한 word씩 전달된다.
5. 실험 1: 74LS74 소자

1번 실험에서는 74LS74 소자 2개를 사용해 회로를 구성하였다. 1번 실험 회로 구성을 보면, D Flip-Flop으로 rising edge일 때 출력값을 고려해야 하고, clear 앞에 not gate가 추가되었는데, not gate는 무시하였다. PR은 preset = 1로 되는 것을 뜻하고, CLR은 clear = 0이 된다는 것을 뜻한다.
6. 실험 2: 74LS194 소자

실험 2에서는 74LS194를 이용해 4bit Bi – directional 시프트 레지스터를 구성하는 것인데, bi – directional은 양방향이라는 것을 뜻한다. 74LS194의 pin map을 참고하면 input에는 clear, mode, serial, clock이 연결되어야 하는데, input은 5개로 제한되어 있기에 clock 값은 breadboard 오른쪽에 있는 1Hz 주파수에 연결해주었다. 일정한 주기에 따라 clock에 0,1이 공급되기 때문에 output 값이 주기에 따라 바뀌는 것을 유의해야 한다. input 4,5번은 serial 값이고, 1은 clear, 2,3은 mode이다.
7. 실험 2: 회로 설계

다양한 회로 설계 방법이 있지만, 2,3번 mode 값에 (0,0)을 입력하면 (0,1)와 동일하게 output 값이 오른쪽으로 차례대로 켜진다. 반대로 (1,1)을 입력하면 (1,0)과 동일하게 output 값이 왼쪽으로 차례대로 켜지게 된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. D Flip-Flop

D Flip-Flop은 디지털 회로에서 가장 기본적인 메모리 소자 중 하나입니다. D Flip-Flop은 클럭 신호에 동기화되어 D 입력 신호를 저장하고 Q 출력으로 내보냅니다. D Flip-Flop은 간단한 구조와 동작 원리로 인해 다양한 디지털 회로 설계에 활용되며, 레지스터, 카운터, 시프트 레지스터 등의 구성 요소로 사용됩니다. D Flip-Flop은 메모리 소자로서 디지털 시스템의 상태 저장 및 제어에 필수적인 역할을 합니다. 따라서 D Flip-Flop의 동작 원리와 특성을 이해하는 것은 디지털 회로 설계 및 분석에 매우 중요합니다.
2. 레지스터

레지스터는 디지털 회로에서 데이터를 일시적으로 저장하고 처리하는 핵심 구성 요소입니다. 레지스터는 여러 개의 Flip-Flop으로 구성되며, 병렬 또는 직렬 방식으로 데이터를 저장하고 전달할 수 있습니다. 레지스터는 CPU의 범용 레지스터, 특수 목적 레지스터, 메모리 주소 레지스터 등 다양한 형태로 활용되며, 데이터 처리, 제어, 주소 지정 등의 기능을 수행합니다. 레지스터의 설계와 동작 원리를 이해하는 것은 디지털 시스템 설계에 필수적이며, 이를 통해 효율적이고 안정적인 시스템을 구현할 수 있습니다.
3. 레지스터 분류

레지스터는 다양한 기준에 따라 분류될 수 있습니다. 데이터 전송 방식에 따라 병렬 레지스터와 직렬 레지스터로 구분되며, 데이터 저장 방식에 따라 동기식 레지스터와 비동기식 레지스터로 나뉩니다. 또한 기능에 따라 범용 레지스터, 특수 목적 레지스터, 주소 레지스터 등으로 분류됩니다. 이러한 레지스터 분류는 디지털 시스템 설계 시 적절한 레지스터 선택과 활용에 도움을 줍니다. 각 레지스터 유형의 특성과 장단점을 이해하고, 설계 요구사항에 맞는 레지스터를 선택하는 것이 중요합니다.
4. 레지스터 데이터 전달

레지스터 간 데이터 전달은 디지털 시스템에서 매우 중요한 기능입니다. 레지스터는 병렬 또는 직렬 방식으로 데이터를 전달할 수 있으며, 이를 위해 다양한 회로 구조와 제어 신호가 사용됩니다. 병렬 전달 방식은 여러 비트의 데이터를 동시에 전달할 수 있어 빠른 처리 속도를 제공하지만, 회로 복잡도가 높습니다. 반면 직렬 전달 방식은 회로가 단순하지만 전달 속도가 상대적으로 느립니다. 레지스터 간 데이터 전달 방식의 선택은 시스템 요구사항, 성능, 비용 등을 고려하여 결정해야 합니다. 효율적인 데이터 전달 메커니즘을 설계하는 것은 디지털 시스템 성능 향상에 핵심적입니다.
5. 실험 1: 74LS74 소자

74LS74 소자는 D Flip-Flop 회로를 구현하는 대표적인 IC 소자입니다. 이 실험을 통해 D Flip-Flop의 기본 동작 원리와 특성을 실제로 확인할 수 있습니다. 클럭 신호에 동기화되어 D 입력 신호를 저장하고 Q 출력으로 내보내는 D Flip-Flop의 동작을 관찰하고, 설정/리셋 기능, 메모리 특성 등을 실험적으로 확인할 수 있습니다. 이러한 실험은 D Flip-Flop과 레지스터의 동작 원리를 깊이 있게 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 실험 결과를 통해 D Flip-Flop의 특성과 활용 방안을 종합적으로 파악할 수 있습니다.
6. 실험 2: 74LS194 소자

74LS194 소자는 4비트 양방향 시프트 레지스터 IC로, 병렬 입출력과 시프트 기능을 제공합니다. 이 실험을 통해 시프트 레지스터의 동작 원리와 특성을 실제로 확인할 수 있습니다. 병렬 데이터 입력, 시프트 동작, 병렬 데이터 출력 등 시프트 레지스터의 다양한 기능을 실험적으로 관찰할 수 있습니다. 또한 클럭 신호와 제어 신호에 따른 시프트 레지스터의 동작을 분석하고, 이를 통해 시프트 레지스터의 활용 방안을 이해할 수 있습니다. 이러한 실험은 디지털 회로 설계 및 분석 능력을 향상시키는 데 도움이 될 것입니다.
7. 실험 2: 회로 설계

이번 실험에서는 74LS194 시프트 레지스터 IC를 활용하여 회로를 설계하고 구현하는 과정을 다룹니다. 회로 설계 시 입력/출력 신호, 제어 신호, 클럭 신호 등을 고려하여 적절한 회로 구조를 선택해야 합니다. 또한 시프트 레지스터의 기능을 효과적으로 활용하기 위해 병렬 데이터 입출력, 시프트 동작, 방향 제어 등의 기능을 구현해야 합니다. 이러한 회로 설계 과정을 통해 디지털 회로 설계 능력을 향상시킬 수 있습니다. 실험 결과를 분석하고 회로 동작을 검증하는 과정은 디지털 회로 설계 및 분석 역량 강화에 도움이 될 것입니다.

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