How Flip-Flops work in FPGAs?

D Flip-Flop

 Flip-Flop is most important component. There are a few different types of Flip-Flops( JK, T, D), but the one that is used most frequently is the D Flip-Flop. The clock is what allows a Flip-Flop to be used as a data storage element. Any data storage elements are known as sequential logic or registered logic. Sequential logic operates on the transitions of a clock. 99.9% of the time this will be the rising edge. When a Flip-Flop sees a rising edge of the clock, it registers the data from the input D to the Output Q. Flip-Flops are what make complex FPGAs possible.

 

 트리거 회로라 불리는 회로의 일종이며, 두 개의 안정 상태( stable state) 중 어느 쪽이든지 한쪽을 보존한다. 이것을 논리 회로로 사용할 경우에는 이 두개의 상태를 0과 1에 대응시킨다. 즉, 최초의 상태가 1이라 하면 반대 상태의 입력이 없는 한 1의 상태를 계속하여 유지하고 입력이 있으면 0의 상태가 된다. 이와 같이 두 개의 상태를 갖는 회로를 쌍안정 회로( Bistable-circuit)라고 한다. 가장 간단한 플립플롭은 NAND 게이트를 사용한 것이다. 

 플립플롭은 내부가 논리 회로로 구성되어 있기 때문에 논리 회로에 준하는 빠른 동작속도를 얻을 수 있다. 예를 들어 컴퓨터의 기억장치를 구성하는 회로에서 주로 사용되는 방식인 DRAM의 기억 소자와 비교했을때 기억 내용의 변경에서 축전기( 캐패시터) 충전/방전을 기다릴 필요가 없고 기억 내용의 읽기에서 내용에 영향을 주지 않아서 비파괴 읽기이며 정기적인 리프레시 동작도 필요하지 않는다. 반면에 1비트의 회로가 복잡하기 때문에 대규모가 되면 1 비트당 비용이 비싸지는 경향이 있다. 이러한 성질때문에 최근에는 플립플롭을 CPU 캐시나 중앙 처리 장치의 레스스터와 같은 비교적 소용량으로 고속성이 요구되는 곳에 사용하고 주기억에는 주로 DRAM을 이용하는 것처럼 기억 계층을 구성해서 다른 회로방식의 기억장치와 조합한 형태로 사용되는 것이 많다.