본 논문에서는 Reed-Muller 전개식에 의한 다치 논리 회로의 구성에 관한 한 가지 방법을 제시하였다. 먼저, Perfect Shuffle 기법과 Kronecker 곱에 의한 다치 논리함수의 입출력 상호연결에 대하여 논하였고, GF(4)의 가산회로와 승산회로를 이용하여 다치 Reed-Muller 전개식의 변환행렬과 역변환행렬을 실행하는 기본 셀을 설계하였다. 이 기본 셀들과 Perfect Shuffle과 Kronecker 곱에 의한 입출력 상호연결 방법을 이용하여 다치 Reed-Muller 전개식에 의한 다치 논리 회로를 구현하였다. 제시된 다치 Reed-Muller 전개식의 설계방법은 모듈구조를 기반으로 하여 행렬변환을 이용하므로 동일한 함수에 대하여 타 방법과 비교하여 간단하고 회로의 가산회로와 증산회로를 줄이는데 매우 효과적이다. 제안된 다치 논리회로의 설계방법은 회선경로 선택의 규칙성, 간단성, 배열의 모듈성과 병렬동작의 특징을 가진다.
저전력을 실현하기 위하여 구조, 논리 및 트랜지스터레벨에서 16비트 덧셈기를 설계하였다. 기존의 ELM덧셈기는 입력 비트 패턴에 의해 계산되는 블록캐리발생신호 (block carry generation signal) 때문에 특정 입력 비트 패턴이 인가되었을 때에는 G셀에서 글리치(glitch)가 발생하는 단점이 있다. 따라서 구조레벨에서는 특정 입력 비트 패턴에 대해서 글리치를 피하기 위해 자동적으로 각각의 블록캐리발생신호를 마지막 레벨의 G셀에 전달하는 저전력 덧셈기 구조를 제안하였다. 또한, 논리레벨에서는 정적 CMOS(static CMOS)논리형태와 저전력 XOR게이트로 구성된 저전력 소모에 적합한 조합형 논리형태(combination of logic style)를 사용하였다. 게다가 저전력을 위하여 트랜지스터레벨에서는 각 비트 전파의 논리깊이(logic depth)에 따라서 가변 크기 셀들(variable-sized cells)을 사용하였다. 0.6㎛ 단일폴리 삼중금속 LG CMOS 표준 공정변수를 가지고 16비트 덧셈기를 HSPICE로 모의 실험한 결과, 고정 크기 셀(fixed-sized cell)과 정적 CMOS 논리형태만으로 구성된 기존의 ELM 덧셈기에 비해 본 논문에서 제안된 덧셈기가 전력소모면에서는 23.6%, power-delay-product면에서는 22.6%의 향상을 보였다.
본 논문에서의 ALU는 덧셈, 뺄셈, 1증가, 1 감소, 2의 보수 등의 산술 연산을 수행하는 산술 연산 회로, 논리합, 논리곱, 배타논리합, 부정과 같은 논리 연산을 수행하는 논리 연산 회로, 쉬프트 연산 및 산술 혹은 논리 연산 회로의 연산 결과를 데이터 버스로 전송하는 기능을 담당하는 쉬프터로 구성되며, 이러한 기본적인 ALU 기능과 관련된 명령어는 Z80 명령어에서 추출하여 ALU의 내부 회로를 설계하였고, 이 설계된 회로를 그래픽 화면으로 구성하여 데이터의 연산이 ALU 내부에서 어떤 과정과 경로를 거쳐 수행되는 가를 비트 및 논리 게이트 단위까지 처리하여 ALU 구조와 단계별 연산 과정을 그래픽 형태로 학습하는 교육 시스템이다.
본 논문에서는 Perfect Shuffle에 의한 5치 논리 회로의 구성에 관한 한 가지 방법을 제시하였다. 먼저, Perfect Shuffle 기법과 Kronecker 곱에 의한 5치 논리함수의 입출력 상호연결에 대하여 논하였고, GF(5)의 가산회로와 승산회로를 이용하여 5치 Reed-Muller 전개식의 변환행렬과 역변환행렬을 실행하는 기본 셀을 설계하였다. 이 기본 셀들과 Perfect Shuffle과 Kronecker 곱에 의한 입출력 상호연결 방법을 이용하여 5치 Reed-Muller 전개식에 의한 5치 논리 회로를 구현하였다. 제시된 5치 Reed-Muller 전개식의 설계방법은 모듈구조를 기반으로 하여 행렬변환을 이용하므로 동일한 함수에 대하여 타 방법과 비교하여 간단하고 회로의 가산회로와 승산회로를 줄이는데 매우 효과적이다. 제안된 5치 논리회로의 설계방법은 회선경로 선택의 규칙성, 간단성, 배열의 모듈성과 병렬동작의 특징을 가진다.
본 논문에서는 최근에 디지털논리시스템의 회로 구현시에 적용되기 시작한 분할설계기법의 한가지 방법을 제안하였다. 기존의 디지털논리회로설계기법은 적용되는 개별소자를 어떻게 효과적이며 효율적으로 이용하느냐 하는 것이 큰 목적이었으나, 최근의 전자공학의 발달과 회로의 집적도가 높아짐에 따라서 디지털논리설계기법은 각각의 모듈을 구성하고 있는 소자들의 개별소자를 사용하는 것보다는 복잡하더라도 좀 더 경제적이고 다기능의 분할설계기법이 요구되고 있다. 이러한 내용을 근간으로 본 논문에서는 효과적인 분할기법을 이용한 스위칭함수구성의 한가지 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 Honghai Jiang에 의해 제안된 OVAG(Output value array graphs)를 기초로 MOVAG(Multi output value array graphs)를 이용한 다치논리함수의 구성방법을 제안하였다. D.M.Miller에 의해 제안된 MDD(Multiple-valued Decision Diagram)는 주어진 다변수의 함수에서 회로 설계까지 많은 처리시간과 노력이 요구되므로 본 논문에서는 MDD의 단점을 보완하여 데이터 처리시간의 단축과 적은 복잡도를 갖도록 MOVAG를 설계하였다. 또한 MOVAG의 구성 알고리즘과 입력행렬선정 알고리즘을 제안하고 T-gate를 사용하여 다치 논리 회로를 설계, 모의 실험을 통해 그 결과를 검증하였다.
저 전력을 소모하는 새로운 방식의 논리회로를 설계하여 이의 성능실험을 위해 패리티체커를 구성하여 시뮬레이션 하였다. 기존의 저전력 소모용으로 설계된 논리회로(CPL, DPL, CCPL 등)들은 패스 트랜지스터를 통과하면서 약해진 신호를 풀 스윙 시키기 위해서 인버터를 사용하는데, 이 인버터가 전력소모의 주원인이 되고 있음이 본 논문에서 시뮬레이션 결과 밝혀졌다. 따라서 본 본문에서는 인버터를 사용하지 않고 신호를 풀스윙 시킬 수 있는 회로를 고안하였다. 기존의 CCPL게이트로 구성한 패리티체커에 비해 본 논문에서 제안한 게이트로 구성된 것이 33%의 전력을 적게 소모하는 것으로 시뮬레이션 결과 나타났다.
본 논문에서는 최근에 디지털논리시스템의 회로 구현시에 적용되기 시작한 분할설계기법의 한가지 방법을 제안하였다. 기존의 디지털논리회로설계기법은 적용되는 개별소자를 어떻게 효과적이며 효율적으로 이용하느냐 하는 것이 큰 목적이었으나, 최근의 전자공학의 발달과 회로의 집적도가 높아짐에 따라서 디지털논리설계기법은 각각의 모듈을 구성하고 있는 소자들의 개별소자를 사용하는 것보다는 복잡하더라도 좀 더 경제적이고 다기능의 분할설계기법이 요구되고 있다. 이러한 내용을 근간으로 본 논문에서는 효과적인 분할기법을 이용한 스위칭함수구성의 한가지 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 최근에 디지털논리시스템의 회로 구현시에 적용되기 시작한 분할설계기법의 한가지 방법을 제안하였다. 기존의 디지털논리회로설계기법은 적용되는 개별소자를 어떻게 효과적이며 효율적으로 이용하느냐 하는 것이 큰 목적이었으나, 최근의 전자공학의 발달과 회로의 집적도가 높아짐에 따라서 디지털논리설계기법은 각각의 모듈을 구성하고 있는 소자들의 개별소자를 사용하는 것보다는 복잡하더라도 좀 더 경제적이고 다기능의 분할설계기법이 요구되고 있다. 이러한 내용을 근간으로 본 논문에서는 효과적인 분할기법을 이용한 스위칭함수구성의 한가지 방법을 제안하였다.
본 논문에서는 디지털 논리 회로를 효과적으로 학습하기 위한 멀티미디어 콘텐츠를 개발하였다. 이 콘텐츠의 주 교육 대상은 특별한 배경지식이 없는 일반인 또는 대학 저학년이며, 여기에 초점을 맞추어 주제 구성, 난이도, 상호작용의 적절성 등을 기획하였다. 내용면에서는 디지털논리 회로뿐만 아니라, 실제 회로제작에 필수적인 전기와 회로에 대한 기본원리에 대한 내용도 다루었다. 또한 가상의 실험 회로를 플래쉬를 이용하여 제작하여 학습자가 회로의 구성과 동작 등을 쉽게 이해하고 실제 회로에 빨리 적응할 수 있도록 구성하였다. 본 논문에서 제작한 콘텐츠는 이론적인 내용뿐만 아니라, 멀티미디어를 이용한 가상의 실습실을 통해서 현실감 있는 실습이 가능하기 때문에 디지털 회로에 입문하고자하는 초보 학습자에게 유용한 콘텐츠가 될 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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