[논리회로]sequential logic(flip flop, clock,DFF,resister,counters)

 

조합회로(combinational chip)	순차회로(sequential chip)
입력값에만 의존하는 계산 기능 상태 유지 불가 딜레이 없음 입력이 바뀌면 출력도 즉시 변경됩니다. 시간의 영향을 받지 않고, 입력 상태에만 의존합니다. "데이터 레이스" 문제가 발생할 수 있으며, 이는 입력들이 동시에 변할 때 출력이 불확정적이 될 수 있음을 의미합니다.	flip flops 라고 불리는 낮은 수준의 게이트의 값에 의존 Binary cells(registers, memory banks,counters) 딜레이 있음 출력이 클록 신호의 변화(대게 상승 모서리나 하강 모서리)에 의해서만 변경됩니다. 시간 지연을 통해 데이터의 안정화와 동기화가 가능합니다. 예를 들어, ALU(산술 논리 장치)는 이 원리를 사용하여 연산을 동기화합니다.

 

flip flop- 데이터를 저장하는데 사용됩니다. resister, counter, memory bank에 활용됩니다.

flip flop는 한번에 1비트 데이터를 저장할 수 있으며 두가지 안정된 상태 중 하나를 유지할 수 있습니다.

 

1. SR-Flip Flop(Set-Reset) - 기본적인 플립플롭 유형, 설정(Set)과 재설정(Reset) 입력을 사용하여 출력을 제어합니다.

1.S=0,R=0: 출력 현재상태 Q(t)유지. 입력 변경 없이 현재 상태 보존

2.S=0,R=1:출력Q는 0이 됨. "Reset"은 출력을 0으로 강제 설정함.

3. S=1,R=0: 출력은 1이 됨. "Set"은 출력을 1로 강제 설정함

4. S=1,R=1: 이 출력은 정의되지 않음.

 

2. D Flip Flop(Data or Delay) -  데이터 입력에 따라 출력상태가 결정되며, 클록 신호에 동기화 되어 동작함.

D flip flop은CLK가 0에서 1로 바뀌는 순간(상승모서리)에서만 반응합니다. 이때 입력 D의 상태가 출력 Q로 복사됩니다. 

 

Clock 과 DFF

Clock

-교대 신호의 연속적인 열을 전달합니다.

-Oscilators의 기반이 됩니다.

-동기화 : 디지털 회로 내의 모든 동작이 클록신호에 맞추어 일관성 있게 실행됩니다.

-제어:데이터의 읽기, 쓰기, 전송 등의 작업을 클록의 상승 모서리, 하강 모서리 같은 상황에 맞게 정확한 시간에 실행하도록 제어할 수 있습니다.

-정확성, 일관성 보장 : 클록 신호에 동기화 되므로 데이터의 정확성과 일관성이 보장됩니다.

 

DFF

-프로세스: 클록신호의 상승 모서리에서 입력 D를 출력 Q에 저장합니다.

-메모리기능: 저장된 데이터는 클록신호가 다음 상승모서리가 될때까지 유지됩니다.

-out(t)=in(t-1):현재 출력이 이전 클록시점과 동일하다.

-clock의 상승모서리에만 데이터를 입력 받고 그 외의 시간에는 latched 상태로 입력 변경에 반응하지 않음

 

레지스터(Resisters)

데이터를 저장할 수 있는 장치. 값이 변하지 않고 일정 기간 동안 "기억"됨.

-out(t)=out(t-1)의 방식으로 이전 상태 유지, 갱신된 값 저장

-DFF를 기반으로 하며 loop와 Mux를 이용하여 데이터 입력을 선택할 수 있습니다.

-1비트 레지스터는 DFF하나로 구성됩니다.

메모리(Memories)

Ram(Random Access Memory)

-RAM: 각 레지스터가 고유한 주소를 가지며 데이터와 주소, 로드 신호를 입력으로 사용합니다.

-작동방식: 

load가 0일때 : 선택된 레지스터 값이 즉시 출력(read)

load가 1일때 : 다음 시간 단위에서 입력값을 선택된 레지스터에 저장하도록 함(write)

카운터(Counters)

순차적인 칩, 정수 값이 저장되며 매 시간 단위마다 증가하거나 감소하는 특성을 가진다.

기본 기능 : out(t)=out(t-1)+c와 같이 일정 값을 더하거나 뺄 수 있습니다.

프로그램 카운터(PC): 실행 중인 명령어의 주소를 추적하는데 사용합니다.