정보처리 기능사(조합 논리 회로)

1. 조합 논리 회로란?

조합 논리 회로는 입력 값만을 기반으로 출력을 결정하는 회로입니다. 과거의 상태나 입력 이력을 기억하지 않고, 현재의 입력 값만을 보고 즉시 출력을 계산합니다. 따라서 메모리나 상태 저장 기능이 없습니다.

• 특징:
  • 입력 값에 즉시 반응한다.
  • 이전 상태를 기억하지 않는다.
  • 순차적인 동작이 없으며, 입력에 따라 출력이 결정된다.

주요 구성 요소:

• 논리 게이트: AND, OR, NOT, XOR 등.
• 진리표: 각 입력에 대해 가능한 모든 출력 값을 나열한 표.
• 논리식: 진리표에 맞는 수학적인 식.

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2. 주요 논리 게이트

조합 논리 회로에서 자주 사용되는 논리 게이트들입니다:

1. AND 게이트: 두 입력이 모두 1일 때만 출력이 1이 됩니다.
   • 진리표:
   
   

   A	B	A AND B
   0	0	0
   0	1	0
   1	0	0
   1	1	1

2. OR 게이트: 두 입력 중 하나라도 1이면 출력이 1이 됩니다.
   • 진리표:
   
   

   A	B	A OR B
   0	0	0
   0	1	1
   1	0	1
   1	1	1

3. NOT 게이트: 입력 값을 반전시킵니다. 즉, 0은 1로, 1은 0으로 변환됩니다.
   • 진리표:
   
   

   A	NOT A
   0	1
   1	0

4. XOR 게이트: 두 입력이 다를 때만 출력이 1이 됩니다.
   • 진리표:
   
   

   A	B	A XOR B
   0	0	0
   0	1	1
   1	0	1
   1	1	0

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3. 조합 논리 회로 설계 문제 예시

예시 1: 2비트 덧셈기 설계

문제: 두 개의 1비트 이진수 AAA와 BBB를 더하는 2비트 덧셈기를 설계하시오. 출력은 **합(Sum)**과 **올림(Carry)**을 구해야 합니다.

• 진리표:

 

A	B	Sum	Carry
0	0	0	0
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

설계 방법:

• 합(Sum): 두 입력이 다를 때 1이 되므로, XOR 게이트를 사용합니다. Sum = A ⊕ B
• 올림(Carry): 두 입력이 모두 1일 때만 1이 되므로, AND 게이트를 사용합니다. Carry = A & B

따라서, 2비트 덧셈기의 회로는:

• Sum = A XOR B
• Carry = A AND B

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예시 2: 3 입력 논리 회로 설계

문제: 3개의 입력 AAA, BBB, CCC에 대해, 다음 조건을 만족하는 논리 회로를 설계하시오:

• 출력은 A와 B가 모두 1일 때 또는 B와 C가 모두 1일 때만 1이 됩니다. 나머지 경우에는 0이 됩니다.

진리표:

 

A	B	C	출력
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	1
1	1	1	1

설계 방법:

• 조건 1: AAA와 BBB가 모두 1일 때 출력이 1이므로, AND 게이트를 사용합니다. A&BA \& BA&B
• 조건 2: BBB와 CCC가 모두 1일 때 출력이 1이므로, AND 게이트를 사용합니다. B&CB \& CB&C

최종 출력은 두 조건을 OR 게이트로 결합하여 얻습니다:

• 출력 = (A AND B) OR (B AND C)

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예시 3: 2-to-1 멀티플렉서 설계

문제: 2개의 입력 AAA, BBB와 선택 신호 SSS가 있을 때, 멀티플렉서 회로를 설계하시오. 선택 신호 SSS가 0일 때는 AAA를, 1일 때는 BBB를 출력합니다.

진리표:

 

A	B	S	출력
0	0	0	0
0	1	0	0
1	0	0	1
1	1	1	1

설계 방법:

• 출력은 선택 신호 SSS에 따라 결정됩니다. S=0S = 0S=0일 때 AAA를, S=1S = 1S=1일 때 BBB를 출력합니다.
• 이 회로는 AND와 NOT 게이트, OR 게이트를 사용하여 설계할 수 있습니다.

최종 출력은:

• 출력 = (NOT S AND A) OR (S AND B)

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4. 조합 논리 회로의 활용

조합 논리 회로는 컴퓨터 시스템 내에서 많은 중요한 기능을 담당합니다. 예를 들어:

• 산술 연산: 덧셈기, 뺄셈기, 곱셈기 등
• 선택 및 제어: 멀티플렉서(MUX), 디멀티플렉서(DMUX), 디코더(Decoder) 등
• 비교: 두 값이 같은지 비교하는 회로 등

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5. 시험 준비 요령

조합 논리 회로를 설계할 때 주의할 점은 진리표를 정확히 작성하고, 그에 맞는 논리 게이트를 선택하는 것입니다. 다음과 같은 준비가 필요합니다:

• 진리표 작성: 주어진 문제의 조건을 정확히 분석하여 진리표를 작성합니다.
• 논리식 유도: 진리표에 맞는 논리식을 유도합니다. 이때, 간단한 논리식을 찾기 위해서 **카르노 맵(Karnaugh Map)**을 활용할 수도 있습니다.
• 회로 설계: 논리식을 기반으로 회로를 설계합니다. 이때, 각 논리 게이트의 특성을 잘 이해하고 사용해야 합니다.
• 테스트와 검증: 설계한 회로가 진리표와 일치하는지 확인하고 검증합니다.