본 논문에서는 정보 과학교육에서 디지털 시스템의 동작 원리를 이해하는데 기초가 되는 디지털 논리 회로에 대한 내용을 쉽게 이해할 수 있도록, 전기회로 실험 조작 활동을 통한 논리회로 결과 검증 방법을 제안하였다. 그리고 제안한 검증방법을 활용하고 실생활 디지털 기기 예제를 통해 PBL 기법에 기반한 논리회로의 개념교육 방법 및 부울 논리 교육 방법을 제안하고 실제 수업에 적용한 결과를 난이도 할당의 적절성 및 학생들의 문제해결력 측면에서 분석하였다.
본 논문에서는 분할기법을 이용하여 디지털논리스위칭함수를 구성하는 한가지 방법을 제안하였다. 먼저, 디지털논리시스템에 대한 분할기법의 개념을 서술하였고, 본 논문에서 사용되는 각종 정의에 대해 논의하였다. 또한, 제안한 방법으로 구한 디지털논리스위칭함수를 회로설계하기 위해 먼저, 각각의 분할함수에 기초를 둔 Building Block(BB)을 구성에 대해 서술하였다. 그리고 이들 BB를 근간으로 회로설계하는 방법에 대해 논의하였다. 그리고 제안한 방법을 적용 예를 들어 그 결과를 기존의 방법과 비교 및 검토하였다. 그 결과 기존의 방법에 비해 효과적인 cost를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 디지털 논리회로의 동작 원리에 대한 이해를 돕기 위해, 스위치 기반 LED (Light Emitting Diode) Art 논리 회로 구현 방법을 소개한다. 브레드 보드를 이용한 디지털 논리회로 실습은 국내 교육과정의 고등학교 및 대학교 수준의 해당 학과에서 필수 교육과정으로 지정하고 있다. 하지만 실제 실습에는 기초적인 구현 예제가 부족하고, 이에 따른 결과로 복잡한 디지털 논리회로 예제를 통한 학습으로 디지털 논리회로의 기초 동작 원리에 대한 이해를 방해하는 문제점을 갖고 있다. 따라서, 스위치를 이용한 기초적인 실습예제이며, 다수의 출력 장치 신호들을 동시에 제어하는 논리회로의 필요성을 이해할 수 있는 LED Art 회로 구현 방법을 제안하고 시험하였다.
본 논문에서는 기초 디지털 논리 회로 실습 교육 과정을 설계하기 위해, 디지털 출력을 갖는 아두이노 프로그래밍을 통한 디지털 논리회로 제어 방법을 제안하였다. 디지털 논리회로와 아두이노 프로그래밍 실습은 국내 교육과정의 고등학교 및 대학교의 공학 계열 학과에서 필수 교육과정으로 지정하고 있다. 하지만 실제 실습에는 디지털 논리회로와 아두이노 프로그래밍이 결합된 예제가 부족하고, 디지털 논리회로를 설계하고 오실로스코프 보다 저가의 비용으로 실험할 수 있는 교육 과정이 부족하다. 이에 본 논문에서는 이 문제를 해결하는 디지털 출력 명령을 통한 아두이노 프로그래밍을 통해, 디지털 논리회로를 제어하고 실습해보는 한 학기 기간의 기초 디지털 논리 회로 실습 교육 과정을 제안하였다.
이 연구의 목적은 다변하는 미래 교육환경에서 학생들이 디지털 리터러시를 함양할 수 있도록 디지털 논리회로의 새로운 수업 방법을 제안하는데 있다. 본 논문에서는 Tinkercad 및 디지털 논리회로 수업 방법과 관련한 선행 연구를 분석하고 Tinkercad를 디지털 논리회로 수업 설계에 적용할 수 있는 방법을 제시했다. 또한 Tinkercad를 활용한 수업 설계를 실제 수업에 적용시킨 후 설문조사를 통해 학생들이 기본 게이트의 동작 상태를 구현할 수 있는 회로를 제작할 수 있고 기본 게이트의 동작 원리를 보다 쉽게 이해할 수 있음을 도출했다. 이 연구에서 제안한 수업 설계 방법은 전기·전자 분야를 학습하고자 하는 학생들의 기초 지식 습득에 활용될 수 있을 것이다. 무엇보다 Tinkercad는 국내 뿐 아니라 해외에서도 사용되어지고 있는 클라우드 시스템 기반의 오픈 소프트웨어이기 때문에 향후에도 지속적으로 디지털 논리회로 교과의 수업에 활용될 수 있을 것이다.
다중화기를 이용한 논리설계는 구조적 디지털 시스템 설계에서 설계의 편리성과 유연성을 위한 유용한 방법으로 사용되어왔다. 본 논문에서는 다중화기(multiplexer : MUX) 기반 논리설계에서 종래의 연구들에서 세밀히 다루지 않았던 무정의 조건(don't care condition)이 논리최적화에 미치는 영향을 분석해보고 단일 다중화기 기반의 설계와 복수 다중화기 기반의 설계를 위한 무정의 조건의 활용방법을 제시한다. 특히 데이터 입력의 개수가 $2^m$개보다 적은 경우(선택선의 개수는 m개일 때)의 설계방법을 고찰한다. 제시하는 기법을 디지털논리설계 교육과 관련하여 최근 창의적 공학교육에서 크게 활용되고 있는 아두이노(Arduino)를 이용한 마이크로프로세서 설계와 연계하여 활용하는 방법에 대해서도 기술한다.
본 논문에서는 TDBM과 CMTEDD를 사용하여 다중출력조합디지털논리시스템 설계방법의 한가지를 제안하였다. 또한, CBDD와 CMTEDD를 기반으로 최종 조합디지털논리시스템 구성을 멀티플렉서를 사용하여 구현하였다. 제안한 방법은 기존의 방법에 비해 모듈사이의 내부결선을 효과적으로 줄일 수 있으며 입력변수의 쌍과 출력함수의 쌍에 의해 게이트 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 논문에서는 PLA를 사용하여 디지털논리 스위칭함수를 효과적으로 구성하는 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 먼저 포스트 대수를 기반으로 MIN 대수연산과 MAX 대수연산을 제안하였고, 이를 구현하기 위해 T-gate에 대해 논의하였다. 그리고 PLA의 기본 회로인 MIN 배열, MAX 배열과 리터럴에 대해 논의하였다. PLA를 사용하여 디지털논리스위칭함수를 설계하기 위해 변수분할, 모듈러 구조, 리터럴 생성기, 복호기와 인버터를 제안하였다. 제안한 방법은 좀 더 콤펙트하고 확장성이 용이하다.
본 논문에서는 2진논리의 확장을 Galis체상에서 해석하여 확장논리에 기초한 순차디지털논리시스템과 컴퓨터구조의 핵심인 연산알고리즘을 논의하였다. 순차디지털논리시스템은 Building Block으로서 T-gate를 사용하였으며, 차순상태함수, 출력함수를 도출하여 최종 궤환이 없는 Moore Model의 순차디지털논리시스템을 구성하였다. 그리고, 컴퓨터구조에서 중요한 연산알고리즘의 핵심인 가산, 감산, 승산 및 제산 알고리즘을 유한체의 수학적 성질을 토대로 각각 도출하였다. 특히, 유한체 GF($P^m$)상에서 P=2인 경우는 기존의 2진디지털논리시스템에 적용이 용이하다는 장점이 있으며, mod2의 성질에 의해 감산 알고리즘은 가산 알고리즘과 동일하다. 제안한 방법은 기존의 2진논리를 확장할 수 있어 좀 더 효율적으로 디지털논리시스템을 구성할 수 있을 것으로 사료된다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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