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Chapter 01 : Design Concepts

Electricity

• The movement of electorns (전자의 움직임)
• Electrons craete charge which has the three principles
  1. Voltage (전압) : 회로 내 두 지점 사이의 전하의 차이
  2. Current (전류) : 전하가 흐르는 빠르기, 비율
  3. Resistance (저항) : 전하의 흐름을 방해하는 경향성

📕 Types of current flow in a circuit : DC vs AC

1. Direct Current 직류

• 전류가 한 방향으로 흐름
• (Rechargeable) Battery provides DC
• Typical digital systems are based on DC

2. Alternating Current 교류

• 전류의 방향이 주기적으로 바뀜 -> 그에 따라 전압도 뒤집힌다

• 발전소에서 생선된 전기를 가정이나 회사 등으로 transfer할 때 교류 형태!!

  ex) 220V 60Hz : -220V~+220V, 1초당 60번 진동하는 교류
  
  

📙 Voltage, Current, Resistance

1. voltage (전압) - V
   : the amount of potential energy between two points on a circuit.
   In a water tank analogy, water amount ≈ charge, water pressure ≈ voltage.
2. current (전류) - A
   : the amount of charge flowing through the circuit over a period of time.
3. Resistance (저항) - Ω
   : the resistance of the flow of charge / current
   In a water tank analogy, the width of the hose is a factor of resistance.
   
   

📒 Ohm's Law

Combining the element of voltage, current, and resistance, Ohm developed the formula :

V = I · R

Analog vs. Digital

📕 Analog and digital signal

1. Analog signal

• 연속적 신호
• 정보의 양이 많음
• 노이즈에 의해 왜곡되기 쉽다. (during transmisson and write / read cycle)

2. Digital signal

• discrete values
• generated by digital modulation : 아날로그 신호를 디지털 신호로 단순화(축약)하여 컴퓨터가 정보를 쉽게 처리할 수 있도록 한다. 주기적으로 샘플링한다고 한다.
• noise-immune without deterioration during transmisson and write / read cycle.

3. Binary Scheme for digital signaling
   전기는 아날로그 신호이기 때문에 디지털 신호로 변경시, assign two different voltage as two different logic levels(state).
   ① High voltage (usually 5V, 3.3V or 1.8V) : 1 / TRUE / HIGH
   ② Low voltage (usually 0V) : 0 / FALSE / LOW

   💡 Use voltage range for logic levles since nothing is perfect!!

📙 Analog signal Quantization (양자화)

ADC (Analog-to=digital converts)

• Digital computer can't handle analog signal, instead it converts the signal to digital signal

• specification for ADC

  1. Resolution : the number of bits that converter possesses determine precision
     The number of bits, n, is directly related to the number of sampling gradations, N, so that N = 2ⁿ

     ex) 12 - bit converter is capable of 4096 gradations.
     

  2. Sampling rate : determines the number of samples taken per second.
     아날로그 신호에서 일정 주기에 따라 몇 개의 point를 선택한다. 주기가 짧을수록 point의 수가 늘어나며 정확도가 올라가지만, 정보의 양이 늘어난다.

Digital Hardware

1. CPU
2. Memory
3. Mother board
4. HDD (Hard Disk Drive) - 자기력으로 정보를 읽고 쓴다.
5. SDD (Solid State Disk) - 반도체에 정보를 저장

📕 반도체 & 트랜지스터

1. 반도체 (semiconductor) : 도체와 부도체의 중간 물질
2. 트랜지스터 (transistor) : a semicondctor device used to amplify or switch electronic signal or power.

📙 Moore's Law (무어의 법칙)

The number of transistors on a computer chip was doubling about every 18~24 months.

트랜지스터의 수가 증가하고 칩의 성능이 좋아질수록 전기를 적게 먹어 사용 시간이 늘어난다는 이점이 있다.

Design Flow

📕 Functional simulator

Use the logic expressions generated during sythesis and assume that these expressions will be implemented with perfect gates through which signals propagate instantaneously evaluates the ouputs produced by the expression.

📙 Timing simulator

: An electronic circuit can't perform its function instantaneously

• A propagation delay : When the values of inputs to the circuit change, it takes a certain amout of time before a corresponding change occurs at the ouput.
• Two kinds of delays
  1. Each logic element needs some time to generate a valid output signal (출력 지연)
  2. Delay caused by signals that must propagate through wires that connect various logic elements (전달, 전파 지연)

Decimal vs Binary

📕 Decimal to Binary number

1. 몫이 0이 될 때까지 10진수인 수를 2로 나눈다.
2. 나머지를 역순으로 출력하면 2진수로 표현된 수!!!

• MSB (Most Significant Bit) : 가장 마지막에 출력된 나머지, 이진수에서 가장 높은 자리수가 된다.

• LSB (Least Significant Bit) : 가장 처음 출력된 나머지, 이진수에서 가장 낮은 자리수가 된다.

  ex) (857)10 = (1101011001)2