멀티플렉서

AND, OR, NOT, 그리고 이 모두를 대신할 수 있는 NAND 게이트만 있으면 어떤 논리 회로든 만들 수 있습니다.

지금까지 만든 회로는 입력이 들어오면 항상 같은 방식으로 처리합니다. 하지만 실제 컴퓨터는 상황에 따라 다르게 동작해야 합니다. 덧셈을 할 때는 덧셈 회로에 데이터를 보내고, 뺄셈을 할 때는 뺄셈 회로에 보내야 합니다. 네 개의 저장소 중 하나를 골라 읽어야 할 때도 있습니다. 이런 선택이 가능하려면 어떤 회로가 필요할까요?

멀티플렉서

리모컨의 채널 버튼을 생각해봅시다. 여러 방송 중 하나를 골라 TV 화면에 보여줍니다. 멀티플렉서(MUX)가 바로 이 리모컨입니다. 여러 입력 중 하나를 골라 출력하는 회로입니다.

가장 간단한 MUX는 입력 두 개 중 하나를 고르는 2-to-1 MUX입니다. 선택 신호 S가 0이면 A를, 1이면 B를 출력합니다.

1. S가 0인 행만 살펴봅시다. Out이 항상 A와 같습니다.
2. S가 1인 행만 살펴봅시다. Out이 항상 B와 같습니다.

즉 S가 0이면 A를, 1이면 B를 그대로 출력합니다. 논리식으로 쓰면 (NOT S AND A) OR (S AND B). AND, OR, NOT으로 만들 수 있습니다.

1. S를 0으로 두고 A를 바꿔봅시다. A의 값이 그대로 Out에 나옵니다. 반면 B를 바꿔도 Out은 바뀌지 않습니다.
2. S를 1로 바꿔봅시다. 이번에는 B의 값이 Out에 나옵니다.
3. S가 어떤 입력을 고를지 정하는 선택 신호 역할을 하는 것입니다.

입력이 네 개라면? 선택 신호를 2비트(S1, S0)로 늘리면 됩니다. 4-to-1 MUX는 00이면 첫 번째, 01이면 두 번째, 10이면 세 번째, 11이면 네 번째 입력을 고릅니다. 2-to-1 MUX 세 개를 조합하면 만들 수 있습니다. S1으로 두 개의 MUX가 각각 후보 둘씩을 고르고, S0으로 세 번째 MUX가 그 결과 중 하나를 최종 선택하는 구조입니다.

네 개의 데이터 소스 중 하나를 골라 읽어야 할 때 바로 이 4-to-1 MUX가 사용됩니다. 2비트 선택 신호가 데이터 소스의 번호에 해당하는 것입니다.

마무리

여러 입력 중 하나를 골라 출력하는 MUX는 선택 신호 몇 비트만으로 여러 데이터 소스 가운데 하나를 고릅니다. 반대로 하나의 입력으로 여러 출력 중 하나를 활성화하는 회로는 디코더입니다.