게이트, 컴퓨터를 구성하는 기본단위(3)

 

비트와 게이트

컴퓨터의 세계에서는 모든 것이 비트의 흐름으로 이루어져 있습니다. 이러한 기본 단위들이 모여 복잡한 연산을 수행하는 컴퓨터의 기본 구성요소가 됩니다. 각각의 비트는 단순히 '켜짐'과 '꺼짐'의 상태를 나타내며, 이 두 상태는 컴퓨터 내에서 정보를 처리하는 기본적인 방법입니다. 특정 장치를 예로 들면, 이는 두 개의 입력 비트를 받아 하나의 출력 비트를 내보내는 역할을 합니다. 즉, 외부에서 들어온 두 비트를 분석하여 새로운 비트를 생성해내는 것이 주된 기능입니다.

이제, 조금 더 복잡한 시스템을 상상해 봅시다. 이 시스템에서는, 만약 모든 입력이 켜져 있으면, 출력은 꺼집니다. 반대로, 한 개 이상의 입력이 꺼져 있으면, 출력은 켜집니다. 이러한 작동 원리에 의문을 가질 수 있습니다. 특히, 모든 입력이 꺼져 있을 때, 출력을 위한 전력은 어디서 오는가 하는 질문이 생길 수 있습니다. 이에 대한 답변은, 장치 자체에 출력 전력을 공급하기 위한 별도의 전력원이 연결되어 있다는 것입니다. 생활 속에서 우리가 사용하는 대부분의 전기 기기와 마찬가지로, 이 장치에도 전기를 공급하기 위한 두 개의 전선이 연결되어 있습니다. 하나는 전류가 지속적으로 흐르는 곳에, 다른 하나는 전류가 흐르지 않는 곳에 연결됩니다.

이런 설명을 통해, 실제 컴퓨터를 구성할 때 각 부품에 별도의 전원 공급이 필수적임을 이해할 수 있습니다. 다만, 이론적인 설명이나 다이어그램을 그릴 때는 이러한 전력 공급 부분을 굳이 명시하지 않아도 됩니다. 중요한 것은 부품이 어떻게 연결되어 작동하는지를 이해하는 것이지, 실제 전력 공급의 세부사항까지 파악하는 것은 아닙니다. 전기에 대한 깊은 지식이 없어도 컴퓨터의 작동 원리를 이해하는 데 큰 지장은 없습니다. 핵심은 간단합니다: 필요한 전자 부품들이 적절히 연결되어 있고, 이를 통해 비트의 흐름을 제어할 수 있다면, 우리는 다양한 게이트를 사용하여 유용한 작업을 수행하는 컴퓨터 시스템을 구축할 수 있습니다.

 

NAND 게이트

이번에 살펴볼 그림은 ‘D’ 형태의 기호에 작은 원이 앞에 추가된 구조로, 우리가 앞서 논의한 논리 게이트의 형태를 나타냅니다. 이 그림에서, 게이트의 본체에는 입력과 출력을 연결하는 전선이 표현되어 있습니다.

 

그림을 통해 확인할 수 있듯이, 게이트 본체의 왼쪽에는 입력 단자 a와 b가 위치하며, 오른쪽에는 출력 단자 c가 위치합니다. 컴퓨터 내 다른 부품으로부터 오는 신호 중 하나가 입력 a로 들어가고, 또 다른 신호는 입력 b로 들어가며, 이들은 게이트로 들어오는 입력 신호를 형성합니다. 입력 신호의 상태는 이전 부품에서의 처리 결과에 따라 결정되며, 게이트는 이 두 입력 신호의 상태를 기반으로 출력 신호를 생성하여 on 혹은 off 상태로 설정합니다.

입력 신호에 따른 출력 신호의 변화를 쉽게 이해하기 위해서는 표를 사용하는 것이 유용합니다. 아래의 설명을 통해 이 게이트의 작동 방식을 살펴보겠습니다.

 

이 게이트는 AND 게이트의 작동 원리와 반대로 동작합니다. 표에서 볼 수 있듯, 이 게이트의 출력을 off 상태로 만들기 위해서는 입력 a와 b를 모두 on 상태로 설정해야 합니다. 이러한 특성 때문에 이 게이트는 NAND 게이트라고 불립니다. NAND는 ‘NOT AND’의 합성어로, AND 게이트의 반대 기능을 수행함과 동시에 인버팅(반전) 기능을 가지고 있음을 의미합니다.

게이트 출력 단자 앞에 위치한 작은 원은 인버팅 기능을 상징합니다. 즉, 출력 신호가 on 상태일 경우 off로, off 상태일 경우 on으로 반전시키라는 지시를 나타냅니다.