디지털 논리 게이트 완전 정복: 종류, 동작 원리, 응용

디지털 논리 게이트

먼저 논리 게이트를 이해해야 합니다. "논리 게이트는 논리적 결정을 내리는 전자 회로 또는 소자"입니다. 즉, 하나 이상의 입력을 받아 단일 출력(High 또는 Low)을 내는 전자 회로로, 입력 상태에 따라 출력이 결정됩니다. 디지털 컴퓨터와 각종 디지털 시스템·회로에 광범위하게 쓰입니다.

논리 게이트는 디지털 시스템의 기본 구성 블록이라 다양한 디지털 시스템을 만드는 데 쓰입니다. 1854년 조지 불(George Boole)이 불 대수(Boolean Algebra)를 제시해 계산 체계로 삼았고, 디지털 논리 게이트의 기본 기능이 바로 이 불 대수/논리 대수입니다. 이 게이트들이 순식간에 연산을 수행해 현대 계산이 쉬워졌습니다.

양논리(Positive Logic) vs 음논리(Negative Logic)

컴퓨터 시스템에서 0과 1은 회로/소자의 두 가지 가능한 상태를 나타냅니다. 이 둘은 다양한 이름으로 불립니다.

• 양논리: 1 = ON, Closed, High, Plus, True, Up / 0 = Off, Open, Low, Minus, False, Down
• 음논리: 정반대. 예: 디지털 시스템이 작동 중이면 양논리에선 1, 음논리에선 0.

논리 게이트 종류

1) OR 게이트 2) AND 게이트 3) NOT 게이트 4) NOR 게이트 5) NAND 게이트

6) XOR 게이트 7) XNOR 게이트

여기서는 기본 게이트만 다룹니다.

OR 게이트 동작 원리

두 개 이상 입력, 단일 출력. 입력 중 하나라도 High면 출력 High. '전부 또는 아무거나(All or Any)' 게이트라고도 함.

위 그림 (a) OR 게이트 심볼과 불 표현식. 입력 A, B, 출력 Y. (b) 진리표: 둘 다 0이면 출력 0, 하나라도 1이면 출력 1. OR 연산은 입력을 모두 더하는 것. (c) 등가 회로: 두 스위치가 병렬 연결되고 램프와 직렬. 둘 다 열리면(0) 램프 OFF, 하나라도 닫히면(1) 배터리 연결돼 램프 점등.

AND 게이트 동작 원리

두 개 이상 입력. 입력 중 하나라도 Low면 출력 Low. 모든 입력이 High일 때만 출력 High. 입력을 서로 곱하는 연산.

위 그림: (a) 심볼과 불 표현식. 입력 X, Y, 출력 Z. 입력 사이 기호 없음 = 곱셈. (b) 진리표. (c) 등가 회로: 두 스위치 직렬 연결 후 램프와 직렬. 하나라도 열리면 회로 개방→램프 OFF, 둘 다 닫혀야 회로 완성→램프 점등.

NOT 게이트 동작 원리

인버터(Inverter)라고도 함. 입력의 보수(반대) 값을 항상 출력. 입력 1개, 출력 1개.

(a) NOT 게이트 심볼: 삼각형 끝에 버블. 입력 A, 출력 Z(=Ā). (b) 진리표. (c) 트랜지스터 등가 회로: 베이스에 전압 없으면 트랜지스터 OFF → +Vcc가 출력 Ā로 흐름. 베이스에 전압 가하면 트랜지스터 ON → 전류가 접지로 흐르고 출력 공통점이 0V → 출력은 0.