1. 디지털 시스템
(Digital System)
1.1. 아날로그 vs 디지털
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아날로그(Analog)
- 자연계의 물리적인 양(온도, 소리, 빛 등)을 연속적인 값으로 표현한다.
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디지털(Digital)
- 정보를 0과 1(High/Low, On/Off)이라는 불연속적인 두 가지 상태로만 구분하여 처리한다.
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변환 과정
- 아날로그 신호를 디지털 시스템에서 처리하기 위해 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 사용한다.
- 처리된 결과를 다시 아날로그로 내보내기 위해 DAC(Digital-to-Analog Converter)를 사용한다.
- 과정: 표본화 → 양자화 → 부호화
1.2. 디지털 시스템의 장점
- 잡음에 강함: 0과 1의 전압 범위로 구분하므로 외부 신호 간섭에 영향이 적다.
- 설계 용이성: 연산 기능 구현이 쉽고 정보 저장이 편리하다.
- 유연성: 프로그래밍을 통해 시스템 전체를 제어하므로 사양 변경에 쉽게 대응할 수 있다.
- 경제성: 반도체 기술 발달로 소형화 및 가격 인하가 가능하다.
2. 컴퓨터 아키텍처
(Computer Architecture)
2.1. 컴퓨터의 기본 구성
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하드웨어: 물리적인 실체 (CPU, 기억장치, 입출력장치)
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소프트웨어: 하드웨어를 제어하는 명령어의 집합 (시스템 SW, 응용 SW, 펌웨어)
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주요 4대 요소
- 중앙처리장치(CPU): 컴퓨터의 두뇌, 제어 및 연산 담당. (ALU, 제어장치, 레지스터로 구성)
- 기억장치: 데이터 저장 (주기억장치: RAM/ROM, 보조기억장치: HDD/SSD)
- 입력장치: 키보드, 마우스 등
- 출력장치: 모니터, 프린터 등
2.2. 프로세서 분류
명령어 집합 구조에 따른 분류
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CISC(Complex Instruction Set Computer)
- 복잡하고 다양한 명령어를 가짐
- (예: 인텔 x86)
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RISC(Reduced Instruction Set Computer)
- 명령어 수를 줄여 단순화, 처리 속도가 빠르고 전력 소모가 적음
- (예: ARM, 임베디드 분야에 주로 사용)
2.3. 메모리 계층 구조
- 속도가 빠르고 비싼 메모리를 CPU 가까이에, 느리고 저렴한 대용량 메모리를 멀리 배치하여 성능과 비용의 효율을 높인다.
- 순서: 레지스터(가장 빠름) ↔ 캐시 메모리(SRAM) ↔ 주기억장치(DRAM) ↔ 보조기억장치(HDD/SSD)
2.4. 시스템 버스
- 시스템 버스(System Bus)
- CPU와 다른 장치들 간의 통로이다.
- 주소 버스(Address Bus), 데이터 버스(Data Bus), 제어 버스(Control Bus)로 구성된다.
3. 임베디드 시스템
(Embedded System)
3.1. 정의 및 특징
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정의: 특정한 목적(기능)을 수행하기 위해 하드웨어와 소프트웨어가 제품 내에 내장된 시스템이다.
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구성: 주로 MCU(Micro-Controller Unit)를 사용하며, 센서(입력)와 구동기(출력)를 포함한다.
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특징: 소형, 경량, 저전력, 고신뢰성, 실시간(Real-time) 처리 능력이 중요하다.
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임베디드 시스템의 특징
- 특정한 기능 수행, 소형, 경량, 저전력, 가격에 민감, 안정성, 신뢰성
- Real-time 기능, 제한된 시스템 자원, 호환성, 깔끔한 오류 처리
3.2. MPU vs MCU
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MPU(Micro-Processor Unit)
- CPU 기능 중심, 범용 컴퓨터에 사용
- (예: PC의 CPU)
- CPU
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MCU(Micro-Controller Unit)
- CPU + 메모리 + 주변장치(I/O 제어)를 하나의 칩(One-chip)에 통합
- 기기 제어용으로 사용
- CPU+주변장치, SoC(System on Chip) → AP(Application Processor)
3.3. 활용 분야
- 정보가전: 스마트 냉장고, HDTV, 세탁기 등
- 자동화: 공장 자동화(FA, 로봇), 가정 자동화(HA, 홈 네트워크)
- 교통/자동차: ECU, 자율주행, ITS
- 기타: 스마트폰, 항공/우주, 국방, 의료기기, IoT(사물인터넷), 웨어러블 디바이스 등
3.4. 미래 전망
- 유비쿼터스(Ubiquitous) 컴퓨팅과 IoT의 발달로 사람, 컴퓨터, 사물이 모두 네트워크로 연결되는 방향으로 발전하고 있다.