1.3 집적회로

1.3.1 개요
- 디지털 회로 - 집적회로(Integrated Circuit: IC)로 구현.

- 집적회로 - 디지털 게이트 (digital gate)의 기능을 수행하는 전자소자를 포함하는 작은 실리콘 반도체 크리스털(silicon semiconductor crystal)로서 칩(chip)이라고도 함. 매우 작음.

- 칩 내부에 있는 여러 가지 게이트 - 회로의 목적에 부합되도록 상호 연결.

- 칩 - 세라믹이나 플라스틱 용기로 포장되어 있으며, 또한 회로를 형성하기 위하여 연결핀이 외부 단자에 용접.

1.3.2 집적회로의 집적도
- 단위 실리콘칩에 집적할 수 있는 게이트의 수가 증가 - 몇 개에서 수천 개의 게이트를 가지고 있는 칩까지 규모 다양.

- 집적도(level of integration) - 단위 실리콘칩에 집적할 수 있는 게이트의 수.

(1) 소규모 집적
소규모 집적(Small Scale Integration: SSI) 소자 - 단위 패키지 내에 몇 개의 독립된 게이트를 내장하고 있는 게이트. 입력과 출력은 패키지의 핀에 직접 접속. 내장한 게이트의 수는 대체로 10개 이하. IC에서 이용할 수 있는 핀의 수는 제한됨.

(2) 중규모 집적
중규모 집적(Medium Scale Integration: MSI) 소자 - 단위 패키지 내에 대략 10에서 100개의 게이트를 내장한 복잡한 구조. 특정 디지털 함수, 디코더(decoder), 가산기(adder), 레지스터(register)로서의 기능 수행.

(3) 대규모 집적
대규모 집적(Large Scale Integration LSI) 소자 - 단위 패키지당 수백에서 수천 개의 게이트를 내장. 프로세서(processor), 기억장치칩(memory chip), 프로그램 가능한 모 듈(programmable module) 등 디지털 시스템 포함.

(4) 초대규모 집적
초대규모 집적(Very Large Scale Integration: VLSI) 소자 - 단위 패키지 내에 수천 개의 게이트 내장. 대규모 기억장치배열과 복잡한 마이크로컴퓨터칩 등.
크기가 작고 값이 저렴. 컴퓨터 시스템 설계기술에 많은 영향을 줌.


1.3.3 집적회로의 특성
(1) 팬아웃, 팬-인
팬-아웃(fan-out) - 정상동작에 영향을 주지 않고 게이트 출력부에 연결할 수 있는 표준부하의 수.  
- 표준부하 - 대개 동일 IC군에서 다른 게이트가 정상적으로 동작하기 위해 게이트 입력에 필요한 전류량으로 표시.
- 팬아웃 - 그 게이트의 출력에 연결될 수 있는 입력게이트의 최대수.
- 팬-아웃에 대응하여 팬-인(fan-in)을 표시하기도함.
- 논리계열의 팬-인 은 논리게이트가 가질 수 있는 최대입력수를 표시.

(2) 전력소모
모든 전자회로는 전력이 필요.
게이트가 동작할 때 필요한 전력 - 전력소모(power dissipation).

단위 - mW(milliwatt)로 표현(게이트의 실제 전력소모를 나타냄).
- 이 숫자는 전력원으로부터 어떤 게이트로 전력이 전달될 때 적용되지만 한 게이트에서 다른 게이트로의 전달 시에는 적용되지 않음.

(3) 전파지연시간
전파지연시간(propagation delay) - 2진 신호가 그 값이 바뀌었을 때 입력에서 출력까지 신호의 변화가 전달되는 데 걸리는 평균시간.
단위 - ns(nanoseconds). 여러 단계로 구성된 디지털 회로에서는 각 단계에서 걸리는 전파지연시간 - 총전파지연시간.

(4) 잡음여유
잡음여유(noise margin) - 회로의 출력을 바꾸지 않으면서 입력에 첨가되는 최대잡음전압.
회로의 기능을 정상적으로 수행할 수 있는 잡음전압의 최대값.

1.3.4 양논리와 음논리
게이트의 입력과 출력에 대한 2진 신호는 상태가 변하는 동안을 제외하고는 두 값 중에 한 값을 가짐.
한 신호값을 논리값 1로 표시, 다른 값을 논리값 0으로 표시.
높은 신호값 - H
낮은 신호값 - L
양논리 시스템(positive logic system) - 높은 신호값 H를 논리값 1, 낮은 신호값 L을 논리값 0으로 할당하는 것.

음논리 시스템 (negative logic system) - 낮은 신호값 L을 논리값 1로 하고 높은 신호값 H를 논리값 0으로 할당하는 것.

* 두 신호값에 논리값을 할당하는 방법을 나타낸 것.