공부한 것 기록하기 1 (디지털과 아날로그)

현실세계 물리적인 양은 연속적으로 변화하는 값이 많음

=> 온도, 습도, 소리, 빛 등등

이런 것을 아날로그 양이라 함

 

디지털 양은 딱 두 가지로만 표현할 수 있는 물리량을 디지털 양이라 함

 

디지털 시스템은 이산적인 데이터가 들어오면 나가는 것도 이산적인 정보출력하는 시스템

아날로그 시스템은 연속적인 데이터가 들어오면 나가는 것도 연속적인 정보를 출력하는 시스템

 

연속적인 값을 이산적인 정보로 변환하는 것을 ADC(analog to digital converter)라 함

 

디지털 시스템의 장점

1. 내 외부 잡음에 강하다. 강하다는 것이지 잡음이 없는 것은 아님

=> 이때 잡음이란 원래의 정보가 아닌 다른 불순물이라 생각하면 됨

2. 설계가 용이

3. 설계가 용이하다는 것은 전체 시스템을 프로그래밍으로 제어할 수 있음

4. 0과 1밖에 없으니까 정보를 저장하거나 가공하는데 쉬움

5.전체 시스템 구성을 소형화, 저렴하게 구성할 수 있음

=> 집적이 불가능 했다면 이런일은 없었을 것

6.정보처리의 정확성과 정밀도 높일 수 있음

 

근데 우리는 아날로그 값에 익숙해서 결국 디지털 신호를 아날로그로 변형해야한다. 그 장치를 DAC(digital to analog converter)라고 함

 

디지털 정보의 표현

0과 1을 어떻게 구분하느냐?

-> 일정 전압 값의 범위에 들어오면 0 또는 1로 인식한다

-> 그런데 출력 신호 일 때와 입력 신호 일 때 0과 1을 인식하는 범위가 다르다

-> 출력 신호일 때 2.7~5V 범위라면 1, 0~0.4V 범위라면 0으로 인식한다.

-> 입력 신호일 때는 2~5V 범위 일 때 1, 0~0.4V 범위 일 때 0으로 인식한다.

-> 입력 신호의 경우 값의 범위가 더 큰 이유는 신호 전송 과정 중 잡음에 더 강하라고 그런 것이다.

 

1개의 bit는 0과 1 2가지 정보를 표현할 수 있다.

2개의 bit는 00, 01, 10, 11 4가지 정보를 표현할 수 있다.

n개의 bit는 2^n 만큼의 정보를 표현할 수 있다.

 

통상적으로 사용하는 1GB 이런 단위는 비트가 정확하게 10^9만큼 있는 것이 아니다

=> 1 * 2^30 * 8 하면 정확한 비트 수가 나온다.

=> 보통  킬로, 메가, 기가, 테라, 페타 이런 애들이 10의 +3 제곱씩 증가한다.

=> 컴퓨터에서는 2진 데이터니까 2^10부터 킬로, 2^20은 메가 라고 생각하면 된다.

=> 이름은 당연히 다르다. 킬로는 키비비트, 키비바이트, 메가는 메비비트, 메비바이트라고 읽는다.

=> 이상하게 읽는 것을 IEC 단위라 하고 익숙한 단어는 SI 단위이다.

 

5V일 때 1, 0V일 때 0 -> positive logic

5V일 때 0, 0V일 때 1 -> negative logic

 

pulse -> 짧은 시간 동안만 존재하는 일련의 파동 -> 전기 흐름 같은 것

주기적으로 파동이 반복되는 주기 펄스와 지 멋대로인 비주기 펄스가 있음

-> 이상적인 펄스는 직각 형태의 파형을 보이나 실제로는 그렇지가 않음

-> 올라갈 때의 구간을 상승 에지(rising edge), 내려가는 구간을 하강 에지(falling edge)라고 부른다.

-> 리딩 에지, 트레일링 에지라고도 한대...

-> 펄스 진폭(y축이라 생각하면 됨)이 10% 구간에서 90% 구간까지 올라가는데 걸리는 시간을 상승 시간이라 정의

-> 90% 에서 10%까지 떨어지는 시간을 하강 시간으로 정의한다.

-> 펄스 폭은 진폭의 50%인 두 지점 사이의 시간 간격으로 정의한다.

 

주파수(frequency) : 주기적인 파형이 1초 동안 진동한 횟수

주기(period) : 주기적인 파형이 1회 반복하는데 걸리는 시간

주파수 f와 주기 T는 서로 역수관계

 

주기적인 펄스의 주요 특성은 duty cycle이다.

=> 정의: 주기 T에 대한 펄스 폭의 비를 백분율로 정의함

=> duty cycle = 펄스 폭 / 주기 * 100%

 

디지털 정보를 처리하는 디지텅 시스템의 하드웨어를 디지털 회로라 함

디지털 회로를 논리회로라고도 함

논리회로는 조합논리회로와 순서논리회로로 분류할 수 있음

조합논리회로는 저항 다이오드 트랜지스터 등의 기본 gate의 조합으로 구성되어 기본적인 연산을 수행

순서논리회로는 조합논리회로 + 입출력 신호를 기억하는 플립플롭(축구..?) 또는 메모리를 추가한 것

=> 논리 신호가 순차적으로 발생

 

논리 회로는 저항 트랜지스터 등등 개별적으로 많은 부품이 들어가 기본적으로 부피가 클 수 밖에 없는데

이것을 해결한 것이 IC(integrated circuit) 기술이며 집적회로 덕분에 하나의 칩에 싹 몰아넣을 수 있게 되었다.

 

칩의 모양이 다양하게 존재하는데 똑같은 기능을 하더라도 모양이 다를 수 있음

=> 모양이 다른 이유는 용도에 따라 다르기 때문

 

하나의 칩에 싹 몰아 넣는 것을 IC라고 하고 이 때문에 많은 이점이 있다.

1. 디지털 시스템의 경량화 및 소형화(에니악 시절에 라즈베리파이를 생각할 수 있었을 까?)

2. 생산 단가 절감

3. 소비 전력 감소

4. 고속화

5. 위 장점에 따라 디지털 시스템의 신뢰도 향상

 

집적된 소자수에 따라서 분류하기도 함

SSI(small scale IC) :  100개 이하, 기본 게이트 기능과 플립플롭이 해당

MSI(medium scale IC) : 100~1000개 정도, 좀 더 복잡한 기능을 수행하는데 이 기능들은 아직 모름LSI(large scale IC)Very Large, Ultra Large scale IC : 약 1만개 이상이면 이거라 함, 마이크로프로세서, 컴퓨터 CPU칩이 해당된다함

 

아날로그 신호는 표본화 -> 양자화 -> 부호화를 거쳐서 디지털 신호가 된다.

분해능 :전체 진폭을 잘게 쪼갠 정도

4비트 변환기의 경우 1 / (2^4 -1)의 분해능을 가진다.

-> 분해능이 높으면 아날로그 신호를 보다 세밀하게 표현가능하지만 데이터의 양이 많아진다.