IEEE 1164
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1. 개요
IEEE 1164는 디지털 회로 시뮬레이션에서 사용되는 특수 값에 대한 표준이다. 이 표준은 하드웨어 기술 언어(HDL) 시뮬레이션 도구에서 사용되는 'U'(미정의), '-' (Don't care), 'Z'(고 임피던스) 값을 정의한다. 'U' 값은 설계 오류 또는 초기화되지 않은 메모리 값을 나타내며, '-' 값은 회로 동작에 영향을 미치지 않는 조건을 나타내어 상태 머신 설계 및 카르노 맵 단순화에 사용된다. 'Z' 값은 트라이스테이트 논리에서 사용되며, 논리 출력을 효과적으로 분리하여 여러 장치를 공통 데이터 버스에 연결하는 데 사용된다.
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| IEEE 1164 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | IEEE 표준 |
| 이름 | IEEE 1164 |
| 전체 이름 | IEEE 표준 다치 논리 시스템 (IEEE Standard Multivalue Logic System) |
| 용도 | VHDL 모델 상호 운용성 |
| 발표 | 1993년 |
| 상세 정보 | |
| 정의 | 전자 설계에 사용되는 논리 값을 정의 |
| 관련 표준 | std_ulogic |
2. 시뮬레이션에서의 특수 값 사용
하드웨어 기술 언어(HDL) 시뮬레이션에서 'U', '-', 'Z'와 같은 특수 값들은 회로 동작을 나타내는 데 사용된다.
- 'U'는 초기화되지 않은(미정의) 값을 뜻하며, 시뮬레이션 과정에서 설계상의 오류를 발견하는 데 도움을 준다.
- '-'(Don't care)는 특정 조건에서 회로의 동작이 중요하지 않음을 의미한다. 카르노 맵 단순화 등에 활용되어 회로를 최적화하는 데 기여한다.[3]
- 'Z'는 3상 논리 회로에서 고 임피던스 상태를 나타낸다. 이는 여러 장치가 동일한 데이터 버스를 공유할 수 있도록 한다. 다만, 입력단에서는 'Z' 값을 인식하지 못하고 '0' 또는 '1'로 해석한다. 연결되지 않은 입력은 TTL에서는 '1'로, CMOS에서는 이전 상태를 유지하거나 노이즈로 인해 상태가 변할 수 있다.[4]
2. 1. 'U' (미정의) 값의 사용
하드웨어 기술 언어(HDL) 시뮬레이션 도구(예: Verilog, VHDL)는 디지털 전자공학 시뮬레이션 동안 'U'와 같은 미지 값을 지원한다. 미지 값은 설계 오류의 결과일 수 있으며, 설계자는 실제 회로로 합성하기 전에 이를 수정할 수 있다. 또한 미지 값은 시뮬레이션이 실제 입력 값을 확정하기 전에 초기화되지 않은 메모리 값과 회로 입력을 나타낸다.[1]HDL 합성 도구는 일반적으로 이진 논리에서만 작동하는 회로를 생성한다.[1]
2. 2. '-' (Don't care) 값의 사용
디지털 회로 설계 시, 일부 조건은 회로가 수행할 목적의 범위를 벗어날 수 있다. 따라서 설계자는 해당 조건에서 무슨 일이 발생하는지 신경 쓰지 않는다. 또한, 회로에 대한 입력이 다른 신호에 의해 마스킹되어 해당 입력의 값이 회로 동작에 영향을 미치지 않는 상황이 발생한다.이러한 상황에서 진리표를 작성할 때 "관심 없음"을 나타내기 위해 `X`를 사용하는 것이 일반적이지만, VHDL은 `-`를 사용한다. "관심 없음"은 특히 상태 머신 설계 및 카르노 맵 단순화에서 흔히 사용된다. `-` 값은 최종 회로 설계에 추가적인 자유도를 제공하며, 일반적으로 더 단순하고 작은 회로를 만든다.[3]
회로 설계가 완료되고 실제 회로가 구성되면 `-` 값은 더 이상 존재하지 않는다. 이 값들은 어떤 유형의 `0` 또는 `1` 값이 되지만, 최종 설계 최적화에 따라 어느 쪽이든 될 수 있다.
2. 3. 'Z' (고 임피던스) 값의 사용
일부 디지털 장치는 출력에서만 3상 논리 형태를 지원한다. 세 가지 상태는 "0", "1", "Z"이다.일반적으로 '''트라이스테이트'''[4] 논리(National Semiconductor의 상표)라고 하며, 일반적인 참 및 거짓 상태와 세 번째 ''투명'' 고 임피던스 상태(또는 '오프 상태')로 구성되어 논리 출력을 효과적으로 분리한다. 이는 여러 논리 출력을 단일 입력에 연결하는 효과적인 방법을 제공하며, 하나의 출력만 제외하고 모두 고 임피던스 상태로 설정하여 나머지 출력이 일반적인 바이너리 방식으로 작동하도록 한다. 이는 컴퓨터 메모리 뱅크 및 기타 유사한 장치를 공통 데이터 버스에 연결하는 데 일반적으로 사용된다. 많은 수의 장치가 한 번에 하나만 활성화되도록 하여 동일한 채널을 통해 통신할 수 있다.
출력은 세 가지 상태 중 하나를 가질 수 있지만 입력은 두 가지만 인식할 수 있다. 고 임피던스 상태가 효과적으로 "알 수 없음"이라고 주장할 수 있지만, 대부분의 전자 제품에는 고 임피던스 상태를 자체 상태로 해석하는 기능이 없다. 입력은 "0"과 "1"만 감지할 수 있다.
디지털 입력이 연결되지 않은 상태로 남아 있으면 입력에 의해 해석되는 디지털 값은 사용된 기술 유형에 따라 달라진다. TTL 기술은 안정적으로 "1" 상태로 기본 설정된다. 반면에 CMOS 기술은 해당 입력에서 이전에 본 상태를 일시적으로 유지한다(정전 용량 때문). 시간이 지남에 따라 누설 전류로 인해 CMOS 입력이 무작위 방향으로 드리프트되어 입력 상태가 전환될 수 있다. CMOS 장치의 연결되지 않은 입력은 노이즈를 수신할 수 있으며, 진동을 일으킬 수 있고, 공급 전류가 극적으로 증가할 수 있으며(크로우바 전력), 장치가 완전히 파괴될 수도 있다.
참조
[1]
웹사이트
IEEE 1164-1993 – IEEE Standard Multivalue Logic System for VHDL Model Interoperability (Std_logic_1164)
https://standards.ie[...]
2018-09-25
[2]
웹사이트
VHDL and Logic Synthesis
http://iroi.seu.edu.[...]
2010-01-22
[3]
서적
Digital Design Principles & Practices
Prentice Hall
[4]
간행물
LS TTL Data Book
http://www.national.[...]
National Semiconductor Corporation
2020-01-19
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