집적회로와 부울대수

1. 집적회로(IC)

 

집적회로는 때로 칩이나 마이크로 칩이라고도 불리며, 이 집적회로는 다이오드, 트랜지스터, 저항, 콘덴서 등과 같은 많은 회로소자를 하나의 실리콘 결정의 가판에 회로를 집적한 것이다. 즉, IC의 소자는 몇 개에서 수 천 개의 트랜지스터를 가로 세로가 몇 [mm]인 실리콘 칩 위에 형성한 것이며 세라믹이나 플라스틱의 패키지 속에 들어 있다. IC는 트랜지스터나, 저항기, 개별 부품을 단지 아주 소형화했다고 하는 것이 아니라, 반도체, 저항체를 사용하지만 그 구조는 부품 그 자체의 것과는 같지 않으며, 실리콘의 기판에 인쇄 기술을 구사하여 트랜지스터 기능이나 저항, 콘덴서 기능을 형성한 아주 고밀도화 시킨 것이다. 집적회로의 장점으로 소형, 경량이다. 모놀리식 IC는 대량 생산할 수 있어 가격이 저렴하다. 특성을 갖춘 트랜지스터가 된다. 그래서 1개의 칩 위에 집적화한 모든 트랜지스터가 동일한 공정에서 동시에 생산된다. 납땜 개소가 적어 고장이 적다. 진동에 강하고 소비 전력이 적은 장점이 있다. 단점으로는 열에 약해서 작동 온도가 약 30 ~ 80℃이므로, 큰 전력을 취급하는 경우에는 IC에 방열기를 부착하거나 장치 전체에 송풍 할 필요가 있다. 코일은 모놀리식 IC화가 어렵다. IC는 동일한 평면 위에 트랜지스터, 저항, 용량이 구성되는 소자이므로 코일과 같은 입체적인 것은 모놀리식 IC화 할 수 없다. 용량이 큰 콘덴서는 IC화가 어려운 단점이 있다.

 

2. 집적회로의 기능

 

집적회로는 증폭기, 발전기, 타이머, 계수기, 컴퓨터 메모리 또는 마이크로프로세서 등의 기능을 할 수 있다. 특정한 IC는 그 기능에 따라 디지털 IC와 아날로그 IC로 나눌 수 있다. 선형 IC, 즉 아날로그 IC는 입력 신호 계층에 따라 연속적으로 변화하는 출력을 가진다. 선형 IC는 가정 주파수와 무선 주파수 증폭기로 사용된다. 운영 증폭기는 이러한 응용 분야의 장치로서 흔한 예이다. 디지털 IC는 Hi와 Lo의 2가지 전기 신호를 취급하여 이 2개의 레벨 사이를 스위칭하는 기능을 갖는다. 이 전기 신호 즉 디지털 신호는 전압이 "있다"나 "없다"를 신호로 사용하고 있으며, 있으면 1, 없다를 0으로 표현한다.

 

 

3. 집적회로의 특징

 

신뢰성의 향상 : 전자 기기는 여러 가지 전자부품을 납땜 등으로 접속하여 만들어졌다. 이 접속개소가 원인이 되는 고장은 접속 개소가 특히 많은 전자 기기에서는 큰 문제가 된다. 집적회로의 채용으로 외부 접속 개소는 대폭적으로 감소되므로 전자계산기 등의 전자기기에서는 회로를 IC화함으로써 고장이 적고 신뢰성이 매우 향상하고 있다.

 

저렴한 가격 : IC는 실리콘 트랜지스터의 제작법과 같이, 사진 감광 기술을 응용하여 일시에 대량 생산할 수 있다. 대량 생산의 정도에 따라 가격이 큰 폭으로 차이 나므로 현재는 IC를 사용하지 않는 구성부품의 합계 금액과 동등한 금액 이하로 가격이 내려갔다. 조립이나 부품 보관 등 경비도 포함해 볼 때 가격 면에서는 유리하다.

 

회로의 소형화, 경량화 : IC는 시스템을 소형화하는 목적에서 생긴 것이므로 그것이 특징으로 되었다. 작은 반도체의 기판 위의 약 5밀리미터 제곱에 수 만개 이상의 트랜지스터를 만드는 것이 가능해져서 이와 같은 대규모의 집적화는 더욱 진전할 것으로 추정된다.

 

고속화 : IC는 칩 안에서의 회로간의 거리가 매우 짧기 때문에 배선의 인덕턴스와 부유 용량이 극히 적어져 신호 전달을 고속화할 수 있다.

 

 

4. 부울대수

 

부울 대수는 2진수와는 다른 수학이며 논리학이라 부르기도 한다. 2진수와의 공통점은 양자가 모두 0과 1의 2개의 숫자 기호를 사용하는 점이다. 정보의 인식 수단으로 "Yes or No" 즉 0, 1을 기본으로 하여 , 그 Yes와 No의 판단을 전기 신호인 on, off에 대응시켜 이용하고 있는 것이 마이크로컴퓨터의 동작 기본이다. 이러한 0과 1을 여러 가지 형식으로 결합하여 그 결과를 추정해 나가는 논리학을 부울 대수라 하며 논리 대수라고도 한다. 이 부울 대수를 기초로 구성되는 마이크로컴퓨터의 회로를 논리 회로라 부르는데 논리 회로의 기본에는 논리합(OR회로), 논리곱(AND회로), 부정(NOT회로), 배타적 논리합(Exclusive OR회로)이 있다.