[디지털 논리] 디지털이 뭔데? - 컴퓨터가 아날로그를 이해하는 법

들어가기에 앞서

컴퓨터는 여러 로직 및 회로로 구성된 디지털 시스템이다.
따라서 로직과 디지털 회로를 학습하고 이해하는 것은 컴퓨터 구조 설계 원리 이해의 밑바탕이 된다.

이것이 우리가 디지털 논리를 학습해야 하는 이유이다.

자, 그럼 디지털의 세계로 들어가보자.

그래서 디지털이 뭔데?

아날로그 신호와 디지털 신호

아날로그 신호	디지털 신호
자연계에서 일어나는 물리적인 양은 시간에 따라 연속적으로 변화한다. 따라서 온도, 습도, 소리, 빛 등은 시간에 따라 연속적인 값을 갖는다.	분명히 구별되는 두 레벨의 신호값만을 갖는다.

위의 그래프는 아날로그 신호, 아래의 그래프는 디지털 신호를 표현한 것이다.
그림에서 아날로그는 연속적인 그래프의 모양, 디지털은 뚝뚝 끊기는 이산적인(discrete) 그래프의 모양을 띄고 있는 것을 볼 수 있다.

아주 작은 시간에도, 분명한 값들을 가질 수 있는 디지털 체계는 컴퓨터에서 데이터를 처리하기에 매우 용이할 것으로 예상할 수 있다.
이러한 디지털 시스템을 사용할 때 다음과 같은 장점들이 있게 된다.

디지털 시스템의 장점

• 이산 정보를 사용하기 때문에 내/외부 잡음에 강하다.

• on/off 상태로 회로 동작을 결정할 수 있기 때문에 설계하기가 용이하다.

• 프로그래밍으로 시스템을 제어할 수 있게 된다.

• 정보를 저장하거나 가공하기가 용이하다.

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따라서 기존 아날로그 시스템도 디지털로 대체되고 있는 중이다.
생각해보면 새로운 시스템들이 디지털 시스템으로 설계되니 점점 아날로그 시스템으로 이루어진 장치는 줄어들고 있다.

하지만 대부분의 사람은 아날로그 정보에 익숙하기 때문에 디지털 정보를 아날로그 정보로 변환할 필요가 있다.
이에 개발된 것이 디지털-아날로그 변환기(D/A converter) 이다.

디지털 입력 -> 디지털 신호 처리 -> D/A converter -> 아날로그 출력

이 순서를 거쳐 디지털 정보를 처리하며, 반대의 경우는 아날로그-디지털 변환기(A/D converter) 가 되겠다.

신호를 기반으로 아날로그와 디지털의 차이를 설명해보았다.

디지털 시스템에서 신호란?

신호는 시스템에서 사용하는 정보로, 디지털 시스템의 신호는 전압 을 의미한다.
디지털 체계이므로 이산적인 정보인 High 또는 Low 로 나타내게 되는데, 컴퓨터는 어떻게 이 정보를 표현할까?

컴퓨터는 2진수 체계(binary system) 로 이산적인 전압 정보를 매핑한다. 바로 0과 1 의 두 가지 digit을 사용하여 디지털 시스템의 신호를 표현하는 것이다.
여기서 입력 신호는 출력 신호보다 전압 범위가 넓도록 설계하는데, 이유가 무엇일까?

이는 출력 시의 노이즈나 에러로 잘못된 값이 출력되는 경우를 방지하기 위한 것 이다.

연속적인 값을 이산적인 값으로 바꾸었으니 어찌 보면 당연한 결과라고 볼 수 있다.
기계가 정보를 보다 용이하게 표현할 수 있도록 한 것이지만, 현실 세계의 값들을 온전히 가져오는 것은 어렵다.

따라서 일정 범위 내의 변동이 있더라도 올바른 논리 값으로 인식할 수 있게 여유 를 두는 설계 기법이 필요하다.