주판은 지난 수천년동안 인류가 애용했던 산판(abacus)의 일종으로서, 휴대용 계산기(Calculator)가 보편화되기 전까지 덧셈이나 곱셈 등의의 사칙연산을 수행하는 데에 사용된 대표적인 산술도구이다. 한편, 자동화를 위한 단순한 계산기계로부터 발전되어 온 컴퓨터는 오늘날 디지털 시대를 주도하면서 불과 수십년만에 우리의 삶과 생각을 완전히 새로운 모습으로 바꾸어 놓은 또 하나의 산술도구인 것이다. 본 논문에서는 주판에 적용된 여러 가지 산술원리들을 역사적으로 살펴본뒤, 산술의 발전과 컴퓨터 사이에 어떠한 상관관계가 있는 지를 살펴보고자 한다. 이를 위하여, 새로운 산술원리를 컴퓨터에 도입하게 된 동기와 파급효과를 주판의 경우와 대비하여 설명하고, 현재 진행중인 컴퓨터 산술(computer arithmetic)분야의 연구동향을 토대로 미래의 컴퓨터를 전망한다.
본 논문은 비트 매트릭스(bit matrix) 확률 모델과 이를 입력으로 사용하는 개량된 이진 산술부호 알고리즘을 제안한다. 비트들로 이루어진 비트 평면에서 3$\times$3 비트 매트릭스를 정의하였다. 그리고 비트 평면을 조사하여 2연속 혹은 3연속 비트 매트릭스들에 대한 확률모델을 구하였다. 본 연구에서는 3 가지의 확률간격(interval)을 가지는 개량된 이진 산술부호기률 사용하였다. 개량된 이진 산술부호 알고리즘의 장점은 구조가 간결하고 또한 부호화가 진행되는 도중에 결과 비트스트림을 생성하는 특징이 있다. 이진 산술부호기는 2연속 혹은 3연속 비트매트릭스를 입력하여 산술부호화를 수행하도록 한다.
본 논문에서는 공통 연산기(Common Operation Unit)를 이용한 CABAC의 이진 산술 부호화기를 제안한다. 제안한 공통 연산기는 모드에 상관없이 하나의 공통 연산기를 이용하여 산술 부호화 및 재정규화를 수행하는 이진 산술 부호화기의 하드웨어 구조를 단순하게 구현할 수 있다. 제안하는 CABAC의 이진 산술 부호화기는 Context RAM, Context Updater, Common Operation Unit, Bit-Gen으로 구성되며 매 클럭당 하나의 심볼이 부호화될 수 있는 4단 파이프라인으로 구성하였다. 제안한 CABAC의 이진 산술 부호화기는 기존 CABAC의 이진 산술 부호화기와 비교하여 게이트 수는 최대 47% 감소하였고, 동작 주파수는 최대 19% 성능이 향상됨을 확인하였다.
본 논문에서는 Galois체에 기초를 둔 고효율 산술연산기 구성에 관한 한가지 방법을 제안하였다. 제안한 연산기는 기존의 방법에 비해 좀 더 규칙적이고 확장성이 용이한 이점이 있으며, 또한, 각종 멀티미디어 하드웨어 구성시의 기본인 연산기로 적용 및 응용할 수 있다. 향 후 연구과제로는 좀 더 콤팩트하고 효과적인 산술연산 알고리즘의 도출이 필요하며, 이에 논리연산기를 접목하여 산술연산 및 논리연산을 수행하는 연산전용 프로세서의 개발이 필요하다.
본 논문에서는 Galois체에 기초를 둔 고효율 산술연산기 구성에 관한 한가지 방법을 제안하였다. 제안한 연산기는 기존의 방법에 비해 좀 더 규칙적이고 확장성이 용이한 이점이 있으며, 또한, 각종 멀티미디어 하드웨어 구성시의 기본인 연산기로 적용 및 응용할 수 있다. 향 후 연구과제로는 좀 더 콤팩트하고 효과적인 산술연산 알고리즘의 도출이 필요하며, 이에 논리 연산기를 접목하여 산술연산 및 논리연산을 수행하는 연산전용 프로세서의 개발이 필요하다.
임베디드 마이크로프로세서가 소프트웨어를 수행하면서 소비하는 전력을 예측하기 위해서는 마이크로프로세서의 각 명령어가 수행하면서 소비하는 전류를 측정하여 활용한다. 본 논문에서는 임베디드 마이크로프로세서 adc16s310의 산술 및 논리 명령어에 대한 소비 전류를 측정 및 분석하고, 이를 바탕으로 적은 수의 측정 소비 전류 값을 사용하여 비교적 정확하게 모든 명령어 수행의 소비 전류 값을 예측할 수 있는 전력 예측 모델을 제안한다. 본 예측 모델은 마이크로프로세서 adc16s310의 산술 및 논리 명령어에 대하여 총 측정 공간 중 약5.84%의 공간에 대한 측정 전류 값만을 사용하여 평균 오차 0.34%에서 소비 전류 값을 예측할 수 있다.
본 논문은 고품질 텍스트 압축 기능을 지원하는 우수한 정지영상 압축 시스템을 제안한다. 영상에서 텍스트 부분을 분리하여 압축을 수행함으로서 고품질의 텍스트 압축 기능을 지원한다. 시스템은 코드블록 단위로 적응 이진 산술부호화를 수행하여 48:1 이상의 높은 정지영상 압축률을 보여주고 있다. 코드블록은 비트평면을 구성하는 비트들을 서브블록 단위로 파악하여 산술부호에 적합한 코드블록을 구성한 것이다. 산술부호기는 구성된 코드블록을 문맥을 기반으로 압축한다. 시스템의 입력 모드는 분할(Segmentation) 모드와 ROI(Region Of Interest) 모드로 구성된다. 분할 모드는 입력 영상을 텍스트 부분과 배경 영상 부분으로 분할하여 입력할 수 있게 한다. ROI 모드는 입력 영상을 관심 영역과 그 밖의 영역으로 구분하여 입력할 수 있게 한다. 현재 시스템이 나타내는 텍스트 압축 기능과 높은 압축률은 다른 JPEG2000 시스템들과 충분히 비교할 수 있는 수준이다. 시스템은 그 밖에 그레이 코딩을 수행하여 압축률을 향상시킨다.
충적층 지하수 개발이 활발히 이루어짐에 따라 철, 망간이 충적층 지하수를 이용한 취수원 확보 시에 정수처리의 주요관심대상이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 기존 충적층 지하수의 개발이 이루어졌거나 검토되었던 지역을 중심으로 철, 망간의 분포특성을 고찰하여 보았다. 연구지역은 크게 금강권역, 낙동강권역, 영산-섬진강권역, 한강권역으로 나누었고, 조사 관정이 밀집된 권역들은 더 세분된 지구로 나누어 연구를 수행하였다. 철의 경우, 563개의 시료가 망간의 경우, 483개 시료가 수집 분석되었다. 수집된 충적층 지하수 시료들의 철, 망간 농도를 살펴보면, 철의 경우는 전체 조사 관정의 약 27%, 망간의 경우는 약 39%가 음용수 수질기준(WHO)을 상회하였다. 본 연구에서는 철, 망간의 분포특성을 고찰하기 위하여 철, 망간 농도에 대한 다양한 통계 분석을 수행하였다 수집 분석된 철의 산술평균 농도는 2.7ppm이며, 망간의 산술평균 농도는 0.4ppm로 이들 산술평균 역시, 모두 음용수 수질 기준을 상회하는 것으로 나타났다 그러나 철 및 만간 농도의 중간 값은 각 각 50 및 20 ppb이며, 실제 이들 농도가 기하학적 분포를 한다고 가정할 경우, 이들의 대표 값인 기하평균은 모두 먹는 물 수질기준을 만족하는 것으로 나타났다.
본 논문은 David Taubman의 JPEG2000 시스템보다 기능면에서 우수한 비트매트릭스 부호 방식의 정지영상 압축 시스템을 제안한다. 시스템은 서브블록 단위로 비트매트릭스를 구성하여 산술부호화를 수행하여 40 : 1 이상의 높은 정지영상 압축율을 보여주고 있다. 비트매트릭스 서브블록은 비트평면에 나타나는 비트들을 2${\times}$2 비트매트릭스로 파악하여 서브블록을 구성한 것이다. 산술부호기는 구성된 서브블록을 비트매트릭스 단위로 부호하여 압축한다. 시스템의 입력 모드는 분할(Segmentation) 모드와 ROI(Region Of Interest) 모드로 구성된다. 분할 모드는 입력 영상을 문자 부분과 배경 영상 부분으로 분할하여 입력할 수 있게 한다. ROI 모드는 입력 영상을 관심 영역과 그 밖의 영역으로 구분하여 입력할 수 있게 한다. 현재 시스템이 나타내는 높은 압축율은 다른 JPEG2000 시스템들과 충분히 비교할 수 있는 수준이다. 시스템은 그 밖에 그레이코딩를 수행하여 압축율을 향상시킨다.
본 논문은 산술 쉬프트 레지스트(ASR)를 이용한 32비트 출력의 고속 스트림 암호를 제안한다. 제안한 스트림 암호는 소프트웨어 및 하드웨어 구현이 쉽게 디자인되었으며, 무선 통신 장비와 같이 제한적인 환경에서 빠르게 수행할 수 있도록 개발되었다. 제안한 스트림 암호는 SSC2, Salsa20과 수행속도 비교에서 좋은 결과를 보여주고 있으며, 좋은 통계적 분산 특성과 안전성 또한 현대 스트림 암호 알고리즘이 필요로 하는 안전성을 만족하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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