기본 논리 회로는 컴퓨터와 디지털 시스템의 핵심 구성 요소로, 논리 연산을 수행하는 **논리 게이트(logic gate)**를 통해 이루어집니다. 기본 논리 게이트에는 AND, OR, NOT 게이트가 있으며, 이를 기반으로 NAND, NOR, XOR, XNOR 게이트와 같은 복합 논리 게이트도 구현됩니다. 이러한 논리 회로는 각각의 논리 게이트가 정해진 규칙에 따라 입력 신호를 조합하고 출력 신호를 만들어 내는 방식으로 구성됩니다.
각 논리 게이트의 기능과 특징을 자세히 살펴보면 다음과 같습니다.
1. AND 게이트
AND 게이트는 **모든 입력이 참(True)**일 때만 출력이 참이 되는 논리 연산을 수행합니다. 즉, 입력 중 하나라도 거짓(False)이면 출력은 거짓이 됩니다.
특징:
- 기호: ∙ 또는 ∧
- 진리표:ABA ∙ B
0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 - 회로 기호: AND 게이트는 두 입력이 만나는 끝이 평평하고 반대쪽이 둥근 모양의 기호로 나타냅니다.
- 예시: 두 개의 스위치 A와 B가 모두 ON일 때만 전구가 켜지는 회로에 사용될 수 있습니다.
2. OR 게이트
OR 게이트는 입력 중 하나라도 참이면 출력이 참이 되는 논리 연산을 수행합니다. 두 입력이 모두 거짓일 때만 출력이 거짓이 됩니다.
특징:
- 기호: + 또는 ∨
- 진리표:ABA + B
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 - 회로 기호: OR 게이트는 두 입력이 만나는 쪽이 둥글고, 반대쪽이 뾰족한 삼각형 모양으로 그려집니다.
- 예시: 두 개의 스위치 중 하나만 켜져도 전구가 켜지는 회로에 사용될 수 있습니다.
3. NOT 게이트
NOT 게이트는 단일 입력을 반대로 변환하는 연산을 수행합니다. 입력이 참이면 출력은 거짓이 되고, 입력이 거짓이면 출력은 참이 됩니다. NOT 게이트는 논리 부정 연산을 수행한다고도 합니다.
특징:
- 기호: ' 또는 ¬
- 진리표:AA'
0 1 1 0 - 회로 기호: NOT 게이트는 삼각형 끝에 작은 원이 붙어있는 기호로 표현됩니다. 작은 원은 부정을 의미합니다.
- 예시: 어떤 회로에서 입력 신호가 OFF일 때 출력 신호를 ON으로 전환하고 싶을 때 사용됩니다.
4. NAND 게이트
NAND 게이트는 AND 게이트의 출력을 NOT 연산하여 반전한 논리 게이트입니다. 입력이 모두 참일 때만 출력이 거짓이 되며, 나머지 경우에는 출력이 참이 됩니다.
특징:
- 기호: ∙' 또는 ↑
- 진리표:ABA ∙ B'
0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 - 회로 기호: AND 게이트의 기호 뒤에 작은 원이 붙어 있으며, 이 원이 부정을 의미합니다.
- 예시: NAND 게이트는 논리 회로 설계에서 매우 중요한 게이트로, 다른 모든 게이트를 구현할 수 있는 유니버설 게이트입니다.
5. NOR 게이트
NOR(NOT OR) 게이트는 OR 게이트의 출력 결과를 부정하는 게이트입니다. **모든 입력이 거짓(0)**일 때만 **출력이 참(1)**이 되며, 나머지 경우에는 거짓(0)이 됩니다. OR 게이트의 반대 역할을 한다고 볼 수 있습니다.
특징:
- 기호: NOR
- 표현식: A↑BA \uparrow B 또는 A+B‾\overline{A + B}
- 진리표:
ABA NOR B
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
회로 용도:
NOR 게이트는 모든 입력이 0일 때만 출력을 1로 유지해야 하는 경우에 유용하며, 간단한 조건 비교 회로나 제어 회로 등에서 많이 사용됩니다.
6. XOR 게이트
XOR(Exclusive OR) 게이트는 두 입력이 **다를 때만 출력이 참(1)**이 되는 게이트입니다. 입력값이 모두 참이거나 모두 거짓이면 출력은 0이 되며, 입력값이 서로 다를 때만 출력이 참이 됩니다. 일반적으로 비교 연산이나 오류 탐지 회로에서 사용됩니다.
특징:
- 기호: ⊕
- 표현식: A⊕BA \oplus B 또는 (A⋅B′)+(A′⋅B)(A \cdot B') + (A' \cdot B)
- 진리표:
ABA XOR B
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
회로 용도:
XOR 게이트는 비교 연산, 가산기 회로 등에서 많이 사용되며, 특히 두 신호가 다른지 같은지를 확인할 때 유용합니다.
7. XNOR 게이트
XNOR(Exclusive NOR) 게이트는 XOR 게이트의 출력 결과를 부정한 형태로, 두 입력이 **같을 때만 출력이 참(1)**이 됩니다. 즉, 입력이 모두 참이거나 모두 거짓일 때 출력이 1이 됩니다.
특징:
- 기호: XNOR
- 표현식: A⊕B‾\overline{A \oplus B} 또는 (A⋅B)+(A′⋅B′)(A \cdot B) + (A' \cdot B')
- 진리표:
ABA XNOR B
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
회로 용도:
XNOR 게이트는 동등 비교 연산에 유용하며, 오류 검출, 디지털 회로에서 비트 비교 연산에 많이 사용됩니다.
# 기본 논리 게이트 요약
기본 논리 게이트의 기능과 특징을 요약하면 다음과 같습니다:
게이트논리 연산기호표현식출력 조건
| AND | 논리곱 | ∙ | A⋅BA \cdot B | 모든 입력이 참일 때만 출력이 참 |
| OR | 논리합 | + | A+BA + B | 하나 이상의 입력이 참이면 출력이 참 |
| NOT | 부정 | ' | A′A' | 입력의 반대 값을 출력 |
| NAND | 논리곱의 부정 | ↑ | A⋅B‾\overline{A \cdot B} | 모든 입력이 참일 때 출력이 거짓 |
| NOR | 논리합의 부정 | ↓ | A+B‾\overline{A + B} | 모든 입력이 거짓일 때만 출력이 참 |
| XOR | 배타적 논리합 | ⊕ | A⊕BA \oplus B | 입력이 서로 다를 때 출력이 참 |
| XNOR | 배타적 논리합의 부정 | - | A⊕B‾\overline{A \oplus B} | 입력이 같을 때 출력이 참 |
# 논리 회로 응용
기본 논리 게이트를 결합하여 복잡한 논리 회로를 구성할 수 있으며, 이들은 디지털 회로 설계에 다양하게 활용됩니다. 특히, 산술 논리 장치(ALU), 메모리 장치, 제어 회로 등에서 주요한 기능을 수행하는 논리 회로의 기반이 됩니다.