Smart Controller

And Logic transisor.DSN

Capacitor.DSN

NPN transistor.DSN

OR Logic transistor.DSN

전기회로와 트랜지스터&캐피시터.hwp

전기회로와 트랜지스터/캐피시터

학습목표 : 전기회로에서 트랜지스터/캐피시터가 어떻게 활용되는지 이해한다.

트랜지스터(NPN)으로 AND/OR논리회로를 만들 수 있다.

캐피시터로 비안정멀티바이브레이터를 만들 수 있다.

1. 트랜지스터

트랜지스터하면 떠 오르는 것이 증폭이다. 하지만 디지털 분야에서는 switching을 더 많이 사용한다.

트랜지스터를 여러개 모아서 만든 직접회로가 TTL(Transistor Transistor Logic)이다.

트랜지스터의 종류는 크게 두 가지로 나뉜다.

NPN

PNP

기호에 나오는 화살표의 방향은 전류의 흐름을 뜻한다.

PNP의 경우는 가운데 N에서 양쪽으로 전류가 흐를 수 있는 경우가 있다. 이 때는 N의 도핑정도에 따라 전류가 흐르는 방향이 정해진다.

트랜지스터를 그릴 때 전류가 시작되는 부분은 B(Base) 전류가 나가는 방향은 E(Emit)

다른 한 방향은 C(collector)이다.

NPN 트랜지스터에서 스위치를 켜면(B에 전류가 흐르면)C에서 E방향으로 전류가 흐른다.

1) NPN AND Logic 회로

스위치가 하나만 켜졌을 때는 불이 들어오지 않는다.

트랜지스터는 base와 emitter 사이에 0.7v의 전압이 인가되면 c에서 e로 전류가 흐른다.

때문에 위에 그림에서 두 개의 경로에 다 전압이 인가되어야 전류가 흐리게 된다.

2) NPN OR Logic 회로

하나의 스위치만 켜져도 불이 들어오는 논리회로를 말한다.

3) 비안정멀티바이브레이터(Unstable Multi-vibrator)

캐피시터는 충전을 완료하면 전류를 방전한다. 때문에 캐피시터의 용량이 높을수록 불이 깜빡거리는 시간이 커진다.

이제 회로도 그리는 방법을 학습한다.

앞으로는 회로도를 그려가면서 수업을 진행한다.

<<Summary>>

- 트랜지스터는 전기회로에서 스위치 역할로 주로 사용된다.

- 실습 1. NPN트랜지스터를 사용한 AND/OR 논리회로 만들어 보기

2. NPN트랜지스터와 캐피시터를 활용한 비안정멀티바이브레이서 만들어 보기

20150129-CPU와 BUS.hwp

CPU와 메모리의 의사소통

학습목표 : CPU와 메모리간의 의사소통 방식을 이해한다.

#1. CPU와 버스

CPU와 메모리를 잇는 선들을 버스(BUS)라고 한다.

CPU에 용량에 의해 활용할 수 있는 버스선 자체가 결정된다.

버스 선은 CPU가 제어할 수 있는 방의 개수를 한정시킨다.

그러므로 CPU용량이 버스 선보다 개수보다 크거나 같은 경우에 CPU의 능력이 발휘될 수 있고 CPU의 용량보다 버스 선의 개수가 많을 경우에는 과부화가 일어난다.

그 선의 개수에 따라 8bit, 16bit, 32bit 64bit인데 한 선에 1bit를 보낼 수 있다.

8bit는 2의 8승(0~255, 256개의 데이터를 보낼 수 있다.)

ex) 8bit = 선 8개

선당 5V의 전압을 보낼 수 있고, 5V의 전압이 들어간 경우

ex) 5V -> 1, 0V -> 0

#2. 심볼테이블과 unsigned

CPU가 할당용량의 자리를 찾아가는데 Address를 사용한다. 사용자는 이름으로 지정하고 있지만 컴퓨터는 Address를 사용하여 이를 찾아낸다. CPU는 이것을 표로 만들어 놓는다.

CL이 실행을 작성할 시 Type과 Name을 지정하면 주소를 지정해준다.

ex)

위의 표를 심볼테이블 이라고 하고 이것은 CL이 만든다.

실습>>

기본형을 입력 후에 char이라는 변수형을 넣고 이름은 Cnum 값은 3을 입력한다.

char cNum;

cNum=3;

과 같다.

처음에 값을 넣는 것을 초기화라고 한다.(char cNum=3;)

실수가 많은 부분이라서 처음에 변수형을 만들 때 값을 넣어주는 게 좋다.

수를 양수로 적을때는 이것을 양수로 표시하고 싶다는 명령어를 넣어줘야 한다.

-> unsigned

unsigned 앞에 un을 제거하고 signed를 넣으면 -1이 표시된다.

#3. 정수의 입력과 CPU의 인식(magnitude방식과 보수방식)

정수의 입력에서

printf, %d\n에서 d는 decimal(10진수), x는 decimal hexa(16진수), o는 octa(8진수)이다.

흥미롭게도 magnitude방식과 보수방식은 가장 큰 자리에 1이 붙으면 음수로 구분되는 것은 같다.

CPU의 Register의 크기는 버스 크기와 맞물린다. 한 번에 처리할 수 있는 양과 Register의 양과 맞춰야지 회로를 최적화 시킬 수 있다. 그래서 데이터를 주고 받을 때 Register의 크기로 주고 받는다.

컴퓨터는 뺄셈을 인식하지 못하기에 뺄셈이 있을 시 보수를 더해줘서 뺄셈 값을 만족시킨다.

음수가 필요 없을 시는 unsigned를 써서 사용 하는 것이 CPU처리에 도움이 된다.

상황에 맞게 unsigned와 signed를 생각하여 설정을 해야 한다.

#4 CPU와 Memory의 의사소통

CPU는 마이너스를 인식하지 못함으로 보수를 사용함으로써 연산을 한다.

예를 들어 32bit 컴퓨터에서 char a=-1를 16진수로 표시하려고 한다.

이 때 메모리에서는 1byte(8=bit)만 선언이 되었기 때문에 ff로 표시가 된다. 이것을 32bit CPU에서 들고 오는 과정에서 32bit CPU는 이것을 ffffffff로 표시한다. 때문에 이것이 printf로 출력되는 경우 ffffffff로 출력되는 것이다.

중요한 점은 printf는 메모리에 있는 자료가 아니라 CPU에 있는 자료를 출력하기 때문에 ffffffff를 출력한다. 다시 말해 CPU에 있는 register 값을 출력한다.

<<Summary>>

- 사용자는 CPU에 있는 register를 통하여 CPU를 제어할 수 있다. 메모리와 CPU간의 의사소통을 최적화하기 위해서는 register의 bit와 버스의 bit를 일치시켜 주어야 한다. 각 bit하나당 하나의 선을 이용하고 5V의 전압을 보내어 보냈을 시 1, 안 보냈을 시 0으로 표시한다.

- 컴퓨터는 심볼테이블을 활용하여 각 변수의 형과 위치(address)를 기억한다.

- 변수형의 선언과 이름 그리고 값을 넣어주는 것을 초기화라고 부른다.

- 정수의 표현방식에 따라 양수만을 표시하고 싶을 때는 unsigned를 변수형 앞에 붙여주고, 양수와 음수 모두를 표현하고 싶을 때는 signed를 붙혀 주지만 기본적으로 signed가 제공되기 때문에 이 같은 경우는 변수형만 선언해주고 초기화시켜주면 된다.

- printf시 표현 방식에 따라 8진법 %o, 10진법 %d, 16진법 %x 이다.

- 메모리에 있는 값을 출력하는 경우 CPU에 표시되는 값으로 화면에 출력된다.

캐퍼시터/인덕터/다이오드(반도체)의 기능과 특성

학습목표 -캐퍼시터/인덕터/다이오드(반도체)의 기능과 특성을 이해한다.

1. 캐피시터(Capacitor) ; 축적

콘덴서로 알려져 있는 전기를 저장하는 소자로써 충전과 방전을 반복하고 전하를 모은다.

캐피시터에 전압을 가하면 이것은 대전된 상태로 변화한다. 이때 전압을 가하는 것을 중단하여 대전된 상태가 지속된다.

우리가 일상에서 볼 수 있는 캐피시터의 예는 핸드폰 충전기이다.

기능 : 캐피시터는 고역을 잘 통과시키는 필터 역할을 한다.

특징 : 직률전류를 차단하고, 높은 주파수에서만 잘 흐르며, 용량이 클수록 교류 전류를 잘 흘린다.

종류 : 전해 캐피시터, 세라믹 캐피시터, 마일러 캐피시터, MKT 캐피시터, 탄달 캐피시터, 마이카 캐피시터, 스티젠 캐피시터.

활용 : 캐피시터의 단위는 pF, mF이고 용량값은 자리수 마지막 끝자리면 0의 개수를 나타내며 색깔로 표시된 표를 보고 그 수치를 읽는다.

2. 인덕터; 방출

인덕터는 동선을 나사 모양으로 감은 코일이다. 코일에 전류가 흐르면 자기장의 형성 자속이 발생하여 코일의 전류 흐름을 방해하는 동작을 한다.

전류 = 1/흐름

인덕터의 값은 인덕턴스라고하며 단위는 H(헨리)이다.

특징 : 전류의 변화를 안정시키려는 성질(즉, 변화를 싫어한다.) 전류가 흐르면 자속이 발생하여 반대편에도 전류가 흐르는 상호 유도 작용 현상을 일으키며, 전자석의 성질을 지녔다. 또 공진을 하며, 전원의 노이즈를 차단 시킨다. 직류는 통과시키고 교류는 막는 역할을 한다.

종류 : 트로이달 코일, 고주파용 코일, 가변형 코일

3. 반도체

제작자의 의도에 따라 도체/부도체가 될 수 있는 물체, 경우에 따라 빛을 내는 등 특별한 성능을 가질 수 있다.

특징 : 열을 가하면 저항이 작아진다(금속은 이와 반대). 불순물의 양으로 저항을 조절할 수 있으며, 전류가 한쪽 방향으로만 흐르도록 걸러내는 정류작용을 한다(다이오드). 빛을 쬐면 전자가 튀어 나오며(광전효과), 발광작용을 한다.

종류 : N형 반도체 - 전자가 많은 반도체(-극성)

            P형 반도체 - 정공이 많은 반도체(+극성)

4. 다이오드

 전류를 한쪽 방향으로만 흘리는 반도체 부품이다. 정류기, 검파용 전류 스위칭으로 사용

종류 : 정류다이오드, 스위칭다이오드, 정전압 다이오드, 가변용량, 터널, 쇼트키, 발광, 포토, 배리스터 다이오드

반도체의 전류/전자의 흐름 : 전류는 +에서 -로 흐른다. 전자는 -에서 +로 흐른다.