2021-08-01 한 권으로 읽는 컴퓨터 구조와 프로그래밍 2장 July 25, 2021

2장 전자 회로의 조합 논리

2장은 아날로그와 디지털의 차이, 아날로그 세계에서 디지털을 만드는 방법 부터 시작해서 간단한 전기이론을 거쳐 비트를 처리하기 위한 하드웨어를 발전 순으로 릴레이, 진공관, 트렌지스터, 직접회로를 설명하고 이러한 하드웨어를 이용하여 조합 논리를 어떻게 구현하는지 설명합니다.

아날로그와 디지털에 대해서만 좀 더 자세히 얘기해볼까요?

아날로그는 연속적(continuous)이고, 디지털은 이산적(discrete)입니다. 우리는 연속적인 세계에 살고 있습니다. 연속적인 세상에서 어떻게 이산적인 것을 도출해 낼 수 있을까요?

아날로그를 디지털로 전환하기 위해 전이 함수(transfer function)를 사용할 수 있습니다. 전이함수의 기울기가 완만하면 입력과 출력이 비슷한 형태를 갖습니다. 이 기울기가 가파르게 변할수록 출력의 진폭이 커집니다. 기울기가 일정 수준 이상으로 가파르게 되면 출력이 왜곡되어 연속적이 아니라 이산적인 모양으로 변합니다. 이 왜곡은 연속적인 상황을 이산적인 영역으로 나눠줍니다.

0에서 1로 넘어가는 기준을 문턱값(threshold)라고 부릅니다. 우리에게 익숙한 10진법을 사용하지 않는 이유는 10진법 숫자마다 이 문턱값을 설정하는 것이 어렵기 때문입니다.

2장은 자연스럽게 고개를 끄덕이게 되는 부분도 많았지만 회로 얘기가 너무 많아 읽는게 쉽지 않았습니다. 2장의 핵심은 조합 논리인데, 조합 논리의 내용을 전개하기 위한 도입부에 대한 감상만 적었네요.

책 내용

• 현대 컴퓨터들이 비트라고 부르는 2진 상자를 내부 언어로 사용한다는 사실을 배웠다.
• 비트를 사용하지 않는 초기 계산 장치를 살펴봄으로써 왜 비트가 오늘날 사용하는 기술에 어울리는 올바른 선택인지 배운다.
• 비트를 만들기 위해 무엇이 필요한지 이야기 할 것이다.

• 하드웨어를 작게 만들면 속도와 효율은 좋아지지만, 물체가 너무 작아지면 서로 간섭하기 아주 쉬워진다.

• 수많은 엔지니어가 과학자들이 발견한 자연적으로 발생하는 전이 함수(transfer function)를 영리하게 응용하는 데 참여했다.

• 입력이 조금만 변해도 곡선의 가파른 부분 때문에 출력이 확 달라진다.
• 이때 판정 기준을 문턱값(threshold)이라고 부른다.
• 출력값이 문턱값의 한쪽에서 반대쪽으로 옮겨가고 중간 정도의 출력값이 나오기는 어렵기 때문에 이런 왜곡이 유용하다.
• 이 현상은 연속적인 공간을 이산적인 영역으로 나눠준다.
• 아날로그는 가능한 한 선형 영역을 크게 만들기 위해 노력하는 것이고 디지털은 직선부를 가능하면 작게 만드는 것이라고 생각할 수 있다.

• 손가락으로 숫자를 세는 것은 아주 직관적이지만 한 손가락이 한 숫자를 표현하기 대문에 그리 효율적이지는 않다.
• 하드웨어에서 비트가 숫자보다 더 좋은 또 다른 이유는 숫자를 사용하면 전이 함수를 각기 다른 10가지 문턱값으로 구문할 수 있는 간단한 방법이 없기 때문이다.