1. 서론이론에 관한 공부를 하다보면 낯설고 현실과 동 떨어진다고 느끼는 부분들이 많다. 대부분 공식의 증명이나 응용 방법을 설명할 뿐 이러한 공식들이 실생활에서 어떻게 사용되고, 이 학문이 나에게 왜 필요한지 가르쳐주는 데에 시간을 할애해주는 수업은 몇 없다. 그렇기 때문에 이론이 나에겐 더 어렵고, 와 닿지 않았다. 디지털공학실습도 마찬가지였다. 다양한 논리게이트, 부울 대수 공식, 논리회로 등 이제껏 코드를 짜는 것만이 프로그래머라고 생각했던 나에게 이런 학문들은 원시적으로 느껴지고 이걸 왜 내가 배워야 하는지 크게 와 닿지 않았었다. 이번 심층보고서를 통해 디지털공학이 산업현장에서 어떻게 활용되는지 알아보면서, 디지털 공학을 왜 배우고 이 학문이 내 미래를 위해 어떤 도움이 되는지 알아보고자 한다.2. 본론2-1. 2진법그림 1. 3진법 반도체와 4진법 반도체컴퓨터에 대한 역사를 배우고 지식을 배울 때 ‘디지털 정보는 0과 1로 모든 것이 이루어져 있다.’라는 이야기를 빼먹을 수 없다. 그렇다면 왜 디지털 정보는 2진수로 표현이 시작되었을까 하는 의문이 항상 들었었다. 이는 컴퓨터의 역사로 넘어가는데, 컴퓨터의 시초인 진공관 그리고 트랜지스터는 두 가지 상태만을 나타낼 수 있고 자연스럽게 컴퓨터는 모든 데이터를 2진수(Binary numeral)로 표현하게 된다. 이러한 2진수 표현 방법이 오늘날 컴퓨터의 핵심 부품을 이루는 반도체까지 온 것이다. 흥미로운 사실은 이러한 ‘2진법 반도체’에서 최근 3진법 반도체, 심지어 4진법 반도체까지 개발되었다는 점이다. 기존 0,1 만으로 표현하던 디지털 정보들이 0,1,2의 값으로 정보를 처리한다는 것이다. 처리할 정보의 양이 줄어들면서 계산 속도가 빨라지고 이에 따라 소비전력도 적어진다는 점이 앞으로의 4차 산업혁명에서 큰 파장을 일으킬 것이며, 기존의 ‘모든 디지털 정보는 0과 1로만 이루어져 있다’라는 명제도 이제는 거짓이 될 날도 머지않았다는 사실이 흥미로웠다.2-2. 디지털 코드그림2. 별자리 다이어그램 예시그레이코드는 가중치가 없기 때문에 연산에 부적합하다. 그렇다면 그레이코드는 어디에 사용할까? 그레이코드는 기술자들에게 알려지기 전 중국의 수학 퍼즐에 적용되었었다. Frank Gray가 아날로그 신호를 반사된 이진 코드(reflected binary code)로 변환하는 방법을 발명했는데, 그 이름을 따서 Gray code라고 불리게 되었다. Gray는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 할 때 오류를 최소화하는데 관심이 많았으며 그의 코드는 오늘날에도 이러한 목적으로 사용한다. 현대의 디지털 통신에서 그레이 코드는 오류 수정에 중요한 역할을 한다. 예를 들어, QAM과 같은 디지털 변조 방식에서 데이터는 일반적으로 4비트 이상의 기호로 전송되며, 인접한 별자리 점으로 전달되는 비트 패턴이 1비트만 달라지도록 신호의 별자리 다이어그램(Constellation Diagram)이 배열된다. 이것을 단일 비트 오류를 수정할 수 있는 전방 오류 수정과 결합함으로써, 수신기가 별자리 점을 인접한 점의 영역으로 이탈하게 하는 전송 오류를 수정할 수 있다.2-3. 논리회로논리회로는 불 대수를 물리적 장치에 구현한 것으로, 하나 이상의 논리적 입력값에 대해 논리 연산을 수행하여 하나의 논리적 출력값을 얻는 전자회로를 말한다. 논리회로는 우리 일상에서 너무나도 많은 곳에서 찾아 볼 수 있다. 예를 들어 마이크로프로세서, 즉 중앙 처리 장치(CPU)이다. 개발자가 기계어 설계를 하고, 기계어를 수행하기 위해 마이크로코드를 작성한다. 이것을 디지털회로와 결합하여 동작을 하게 된다. 1억 개 이상의 논리게이트를 포함할 수도 있다. 이러한 마이크로프로세서는 우그림3. Intel 8085 마이크로프로세서 회로도리가 일상생활에서 사용하는 대부분의 전자기기에 탑재된다. 전자기기의 디스플레이, 타이머, 컴프레서, 냉장고, 세탁기, 에어컨 등과 같은 주요 가전제품에서 시각적, 청각적, 모터밸브 통제, 전자 신호 측정과 출력, 통신, 계산 등의 기능을 한다. 마이크로프로세서의 회로는 ALU를 사용하여, 덧셈, 뺄셈, 곱셈과 나눗셈 같은 수학적인 연산을 수행할 수 있다. 현대의 마이크로프로세서들은 완벽한 부동소수점 연산기를 포함하고 있기에 큰 부동소수에 대한 극도로 복잡한 연산이 수행 가능하다. 또한, 한 개의 메모리 주소를 다른 곳으로 옮길 수 있고, 결정을 할 수 있으며 이 결정에 기반하여 다른 새로운 명령어 셋으로 이동을 할 수 있다. 순서논리회로는 조합논리회로에 입력과 출력의 신호를 기억하는 플립플롭(filp-flop) 또는 메모리(memory)를 부가한 논리회로로, 논리신호가 순차적으로 발생한다. 예컨대 TV 리모콘으로 채널을 선택할 때 사용할 수 있는 버튼으로 CHANNEL 선택 버튼과 UP/DOWN 버튼이 있다. CHANNEL 선택 버튼은 원하는 채널번호를 누르면 해당 채널이 선택되므로 조합논리회로에 해당한다. 반면에 UP/DOWN 버튼은 채널 선택이 이전에 누른 버튼과 관계되기 때문에 순서논리회로에 해당한다.2-4. 멀티플렉서멀티플렉서(multiplexer)는 여러 아날로그 또는 디지털 입력 신호 중 하나를 선택하여 선택된 입력을 하나의 라인에 전달하는 장치이다. 멀티플렉서를 사용하면 멀티플렉서의 신호 출력을 디멀티플렉서의 신호 입력에 연결함으로써 여러 연결을 하나의 신호 채널로 담을 수 있어 절약적이다. 통상 멀티플렉서는 STDM(통계적 시분할방식)기법이나 TDM(시분할방식)기법을 채택, 통신채널을 공유토록 하는데 대부분 모뎀과 단말기 사이에 설치·운용된다. 최근들어 T1급 멀티플렉서가 첨단 정보통신 네트워크에 대거 채용되는 추세이며 T1급 멀티플렉서는 고속전송 구간의 확보는 물론 전화·팩스·화상회의 시스템등 각종 통신망을 데이터통신망과 결합시켜 혼합운용케 해준다. STDM 멀티플렉서 또한 19.2kbps에서부터 56kbps급까지 지원, 데이터를 전송할 수 있게 해주는 반면 아직까지는 음성·데이터단말기의 혼합사용을 실현할 수 없다는 단점을 지니고 있다. 그러나 STDM 멀티플렉서는 회선장애 발생시 타경로로 자동 연결해주는 대체경로확보기능과 에러 발생 시 다시 데이터를 전송해 주는 자동 재전송기능(ARQ)을 갖고 있다. 디멀티플렉서 단일 소스를 여러 목적지에 연결할 필요가 사진4. 16채널 멀티플렉서 모듈있는 여러 분야에서 구현된다. 일반적으로, 통신 시스템은신호의 송신 및 수신. 이러한 목적을 위해, 송신단의 멀티플렉서와 ??수신단의 디멀티플렉서는 동시에 작동해야한다. 전송은 멀티플렉서의 구현으로 수행된다. 멀티플렉서의 출력. 이것은 단일 출력이며 디멀티플렉서의 입력으로 제공된다. 수신기의 디멀티플렉서는 이 입력을 원래 신호로 변경한다. 디멀티플렉서의 구현으로, ALU의 출력은 저장 장치 또는 다중 레지스터에 보관할 수 있다. 여기서 ALU 출력은 디멀티플렉서의 입력으로 제공된다. 디멀티플렉서의 출력은 데이터가 저장되는 다중 레지스터에 제공된다. 디멀티플렉서의 직병렬 변환기는 병렬 (병렬)수신 된 직렬 데이터로부터의 데이터. 여기서, 입력 직렬 데이터는 디멀티플렉서의 입력으로 설정된다. 이것은 정기적 인 간격으로 이루어진다. 디멀티플렉서의 제어 입력에는 카운터가 부착된다. 데이터 신호는 이 카운터를 사용하여 디멀티플렉서 출력으로 보내진다. 모든 비트의 데이터 신호가 저장되면 디멀티플렉서 출력을 추출 할 수 있다. 병렬로 읽을 수 있다.3. 결론앞서 찾아본 디지털공학이 산업현장에서 활용되는 사례들을 통해 디지털 공학 실습이라는 과목이 컴퓨터 공학에서 기초 중 기본이 되는 요소들이라는 사실을 깨달았다. 교수님께서도 강의 시간에 늘 이야기 하셨던 것처럼 항상 기본이 언제나 늘 중요하다는 사실은 나 또한 이제껏 공부를 해오며 깨달은 바가 어느 정도 있었다. 그러나 입시 위주 공부와 소프트웨어적인 기초지식만 있던 나에게는 너무나 낯설었던 ‘디지털공학이라는 학문은 필요한 학문인가?’라는 의문이 있었고, 이번 보고서를 통해 그 해답을 깨달은 시간이 된 것 같다. 일상생활에서 접해보았던 친숙한 전자기기들
이공계생을 위한 확률과 통계 2판 6장 연습문제 풀이 (홀수번)
디지털공학 실생활 사례
