[컴퓨터 구조] 반가산기, 전가산기, Oscillator

1. 가산기(adder)

• carry bit는 둘 다 1일때만 1이고 나머지는 0으로 동작하는 논리 Gate
• sum bit는 둘 중 하나만 1일 때 1이고 나머지는 0으로 동작하는 논리 Gate

• sum bit와 같은 결과를 내기 위해서는 위와 같은 A와 B가 있다면, OR Output과 NAND Output 결과물을 가지고 AND Output을 통해 sum bit와 같은 결과는 낼 수 있다.
• 이러한 결과물을 XOR Gate라고 부른다.
  
• carry bit는 보면 결국 AND Gate이다.
  

2. 반가산기(half adder)

• 두 bit를 덧셈하는 가산기
• 여기서 반가산기에 half가 붙은 이유?
  • 반가산기의 반대는 전가산기이다.
• 입력(A in, B in)이 2개이면서 출력(Carry Out, sum Out)도 2개이다.
• 현재 각각(A, B) bit자리를 더해 둘의 합 그리고 carry자리까지 출력하는 회로

3. 전가산기(full adder)

• 두 bit외, carry까지 계산할 수 있는 가산기를 의미
• 현재 각각(A, B) bit자리를 더해 둘의 합 그리고 carry자리에서 연산결과까지 출력하는 회로
• 반가산기(half adder) 2개를 연결한 회로
• 입력(A in, B in, carry in)이 3개이면서 출력(Carry Out, sum Out)은 2개이다.

• 전가산기(full adder) 8개를 연결해서 조합하면 8비트 전가산기(8 bits full adder)가 된다.
• 총 8자리로 2진수가 표현할 수 있는 숫자는 2의 8승으로 256까지 덧셈이 가능하다.
• 8비트 전가산기 2개를 연결해서 조합하면 16비트 전가산기(16 bits full adder)가 된다.
• 여기서 2진수가 표현할 수 있는 숫자는 2의 16승으로 65536까지 덧셈이 가능하다.
• 전체적으로 뎃셈을 사용해서 곱셈이 가능하고, 덧셈의 회로를 바꾸어 뺄셈이 가능하다. 이처럼 계산하는 산술연산이 다 가능하다.
• 이에 가장 핵심이 바로 가산기(덧셈기)이다.

4. Oscillator

4.1. Not Gate

• input이 0이면 output은 1이다.
• 반대로 input이 1이면 output은 0이다.
• output값이 0과 1을 반복하는 회로
• CPU 전체에 일정하게 명령을 실행할 수 있도록 전원을 주었다가 일정 시간 지난 후 다시 전원을 주면서 반복.
• 전원을 받을 때마다 CPU가 모든 동작을 실행
• 일종의 클럭(Clock)이라고 하며 클럭을 만들 수 있다.

4.2. 클럭(Clock)

• 0으로 잠깐 있다가 1로 잠깐 올라가는 0과 1로 한 번씩 왔다갔다하는 시간이 일정하고 이것을 바로 1 cycle(주기)라고 한다.
• 주기: 한 사이클에 필요한 시간
• frequency(단위-hertz): 주기 / 1(cycle/sec)
• 예)
  • 1 cycle이 걸리는 시간이 0.05초라면 1초에 결과적으로 20 cycle이 필요하다.
  • 여기서 20 cycle을 20hertz(Hz)라고 하며 frequency라고 한다.