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이번 포스팅은 이전 포스팅에서 배운 AND 게이트, OR 게이트, NOT 게이트, Buffer 게이트를 활용하여 XOR 게이트, NAND 게이트, NOR 게이트, XNOR 게이트를 알아보겠습니다.
AND 게이트, OR 게이트, NOT 게이트, Buffer 게이트가 조금 궁금하시면 이전에 포스팅한 아래 글을 참고해 주시기 바랍니다.
2023.11.08 - [전자공학/디지털 논리회로] - AND 게이트, OR 게이트, NOT 게이트, Buffer 게이트를 알아보아요!
XOR 게이트, NAND 게이트, NOR 게이트, XNOR 게이트는 디지털 논리회로에서 배우는 확장 논리 게이트라고 보시면 됩니다.
이전 포스팅에서도 말씀드렸지만, 디지털은 0과 1인 이진수 놀이입니다.
이진수 놀이를 위해 AND, OR, NOT, Buffer 게이트가 필요하고 기본 논리 게이트를 활용하여 응용 버전인 XOR, NAND, NOR, XNOR 게이트를 만들 수 있습니다.
항상 느끼는거지만 처음 이런 것들을 발견하고 발전시키는 분들을 보면 존경스럽습니다.
디지털 세계는 참 재미있고 어렵지만, 최대한 쉽게 설명해 보도록 노력해 보겠습니다.
◆ 디지털 회로 장점!
잠시 논리 게이트를 알아보기 전에 디지털 회로의 장점을 알아보겠습니다.
아날로그 신호를 보시면 입력 상태에서는 깨끗한 신호였지만, 어떤 전송 중에 외부에 Noise(잡읍)에 영향을 받고 신호가 전달되면 입력 상태와 다른 수신 신호에 왜곡이 발생합니다.
하지만, 디지털 회로는 다릅니다.
디지털 신호는 Noise(잡읍)에 외부 영향을 받아도 수신 신호 입장에서는 입력 상태와 동일한 0과 1만 받으므로 Noise(잡읍)에 강합니다.
물론, 디지털 신호도 Noise(잡읍)에 영향을 안 받는 것은 아니지만, 아날로그 신호와 비교했을 경우 상대적으로 Noise(잡읍)에 강하다고 이해하시면 됩니다.
★ 디지털 회로 장점: 아날로그보다 Noise(잡음)의 영향에 아주 강함!
1. XOR 게이트
논리기호를 보시면 NOT 게이트, AND 게이트, OR 게이트 조합으로 XOR 게이트가 만들어지는 것을 볼 수 있습니다.
앞에서 말씀드린 내용처럼 기본 논리 게이트 조합으로 새로운 게이트가 만들어졌습니다.
★ XOR 게이트: 홀 수 개의 입력이 1인 경우만 출력이 1
다른 디지털 언어로 말씀드리면 배타적인(Exclusive) 입력상태에서만 출력이 1 입니다.
여기서 전제 조건은 이렇습니다.
스위치를 누르면 입력이 1인 스위치 On 상태!
스위치를 누르지 않으면 입력이 0인 스위치 Off 상태!
XOR 게이트의 동작 원리를 설명드리겠습니다.
회로를 보시면 A, B 두 개의 스위치가 있습니다. 그리고 반대로 동작하는 스위치가 함께 있습니다.
스위치 입력이 A=0, B=1가 되면 반대로 동작하는 스위치는 함께 동작합니다.
그래서 회로를 보시면 A 스위치가 연결되고 B 스위치가 연결되어 전구에 불이 켜집니다. ( Y=1 )
스위치에 다른 입력을 동일하게 적용하시면 XOR 게이트 진리표처럼 동작하는 것을 알 수 있습니다.
2. XNOR 게이트
앞에서 살펴본 XOR 게이트에서 NOT 게이트가 조합된 XNOR 게이트!
NOT XOR 게이트입니다.
XOR 게이트는 NOT 게이트, AND 게이트, OR 게이트 조합으로 만들었습니다. 더 나아가 NOT 게이트 1개를 추가만 하면 XNOR 게이트가 됩니다!
★ XNOR 게이트: 홀 수 개의 입력이 1인 경우만 출력이 0
모두 눈치채셨겠지만, XOR 게이트의 정반대로 동작을 합니다.
XNOR 게이트 진리표만 비교해 봐도 알 수 있습니다. XOR 게이트와 정반대인 것을!
여기서 전제 조건은 이렇습니다.
스위치를 누르면 입력이 1인 스위치 On 상태!
스위치를 누르지 않으면 입력이 0인 스위치 Off 상태!
XNOR 게이트의 동작 원리를 설명드리겠습니다.
회로를 보시면 A, B 두 개의 스위치가 있습니다. 그리고 반대로 동작하는 스위치가 함께 있습니다.
스위치 입력이 A=0, B=0가 되면 반대로 동작하는 스위치는 함께 동작합니다.
XOR 게이트의 스위치 연결 차이점은 교차로 연결되는가? 아니면 직렬로 연결되는가? 차이점만 있습니다.
XOR 게이트에서 스위치는 교차로 연결 됐었고, XNOR 게이트에서 스위치는 직렬로 연결됩니다.
그래서 회로를 보시면 직렬로 A 스위치가 연결되고 B 스위치가 연결되어 전구에 불이 켜집니다. ( Y=1 )
다른 입력을 동일하게 적용해 보시면 XNOR 게이트 진리표처럼 동작하는 것을 알 수 있습니다.
3. NAND 게이트
논리기호를 보시면 조금 익숙하지 않나요?
AND 게이트에 NOT 게이트가 함께하면 NAND 게이트가 됩니다!
그리고 NAND라는 단어 많이 익숙하시죠?
NAND 게이트는 특히 NAND 플래시 메모리 설계에서 메모리 회로의 중요한 부분으로 많이 사용합니다.
또한, CPLD(Complex Programmable Logic Devices) 및 FPGA(Field-Programmable Gate Arrays)와 같은 프로그래머블 로직 소자의 구성에도 사용됩니다.
★ NAND 게이트: 두 개의 입력이 모두 1인 경우에만 출력이 0
논리기호에서 살펴봤듯이, AND 게이트의 정반대 동작입니다.
여기서 전제 조건은 이렇습니다.
스위치를 누르면 입력이 1인 스위치 Off 상태!
스위치를 누르지 않으면 입력이 0인 스위치 On 상태!
NAND 게이트의 동작 원리를 설명드리겠습니다.
회로를 보시면 A, B 두 개의 스위치가 있습니다. 병렬로 연결되어 있습니다.
스위치 입력이 A=1 이면 스위치가 열립니다. B=0 이면 스위치가 닫힙니다.
그래서 AND 게이트와 반대로 두 개의 입력이 모두 1인 경우에만 출력이 0이 됩니다.
진리표를 보고 하나하나씩 해보면 회로 구성처럼 동작하는 것을 확인할 수 있습니다.
4. NOR 게이트
NOR 논리기호도 보시면 조금 익숙하시죠?
OR 게이트에 NOT 게이트가 함께하면 NOR 게이트가 됩니다.
그러면 NOR 게이트는 어디에 많이 사용될까요?
NOR 게이트도 NOR 플래시 메모리를 포함한 메모리 회로의 구성에 사용됩니다.
NOR 플래시를 잠깐 설명드리겠습니다.
NOR 플래시 메모리는 비휘발성 메모리입니다.
NAND 플래시보다 읽기 속도가 빠른 장점을 가지고 있고, 데이터 안전성이 우수합니다.
단점으로는 회로가 복잡하고 저장 공간이 작아 대용량화가 어렵습니다.
★ NOR 게이트: 두개의 입력이 모두 0인 경우에만 출력이 1
논리기호에서 살펴봤듯이, OR 게이트의 정반대 동작입니다.
여기서 전제 조건은 이렇습니다.
스위치를 누르면 입력이 1인 스위치 Off 상태!
스위치를 누르지 않으면 입력이 0인 스위치 On 상태!
NOR 게이트의 동작 원리는 간단합니다.
회로가 직렬로 구성되어 있습니다. 그래서 입력이 모두 0인 경우가 스위치가 연결된 상태이므로 딱 한 가지 경우만 회로가 연결되어 전구에 불이 들어옵니다!
NOR 게이트 진리표와 회로를 일치시켜서 보시면 쉽게 확인할 수 있습니다.
이번 포스팅에서는 XOR 게이트, NAND 게이트, NOR 게이트, XNOR 게이트를 알아봤습니다.
최대한 쉽게 설명드리려고 노력했습니다만, 도움이 되셨는지는 모르겠습니다.
방문하시는 모든 분들에게 도움이 되길 바라며...
글을 읽어주셔서 감사합니다!
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