[CS/컴퓨터 구조] 논리 회로의 기초, Not/And/Or/Xor Gate

본문에 첨부하는 내용과 이미지의 상당 부분은 유튜브 CrashCourse의 컴퓨터 과학 특강을 참고하였음을 밝힙니다.

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컴퓨터가 0과 1의 무수히 많은 숫자들로 정보를 구성한다는 것 정도는 알고 있었지만, 인간이 사용하는 10진수를 두고 왜 굳이 2진수를 사용하는 지에 대해 고민해보지 않았던 것 같다. 초기에는 3진수, 5진수 등의 사용을 위한 시도들이 실제로 존재했으나 3개 이상의 state가 존재할 때 1초에 수백만 번에 달하는 신호 변경에서 그 경계를 명확히 하기가 어렵고, 전기적인 신호가 외부 다른 전기장치에 의해 영향을 받을 수 있다는 단점을 극복할 수 있는 이진법이 사용되었다. 또한 영국의 수학자 Boole의 이름을 딴 Boolean Algebra가 논리적 연산에 대한 수학적 기반을 다져놓은 상태였던 것에도 영향을 받았다.

전류가 흐르는 상태를 1(True), 흐르지 않는 상태를 0(False)라 생각하면 이러한 Boolean Algebra를 트랜지스터의 조합으로 구현할 수 있는데, 이러한 물리적 장치가 바로 논리 회로다.

Not 연산의 논리 표

그림의 예는 기본적인 논리 회로 중 하나인, Not gate로 그 아래의 논리 표를 구현한 것이다.

And 연산의 논리 표

And gate는 2개의 출력을 받아 둘 다 참(1)일 때만 결과가 참이어야 하므로, 위처럼 2개의 트랜지스터를 이어 붙여 구현할 수 있다.

Or 연산의 논리 표

Or gate는 2개의 입력이 거짓(0)일 때만 출력이 거잣(0)이어야 하므로, 위처럼 2개의 트랜지스터를 병렬로 연결해 만들 수 있다.

XOR(Exclusive OR) 연산의 논리 표

XOR(Exclusive OR)은 좀 복잡한데, OR와 나머지는 동일하되, 두 입력이 모두 참일 때 거짓을 출력하게 해야한다. 따라서 위와 같이 And gate 2개와 Not gate 하나를 추가해 구현할 수 있다.

 

이 영상을 시작으로 '추상화 단계'에 들어간다고 표현하며, 실제 하나씩 추상화하기 시작할 때마다 엘리베이터를 올라가는 모습을 보여주는 귀여운 연출을 보여주는데, 이렇게 아주 작은 단위의 논리 표현과 연산을 시작으로 현대의 컴퓨팅 자원이 만들어졌다는 것이 믿기지 않을 정도로 놀랍다,,