ロジックの構成

ディジタル回路
5. ロジックの構成
五島正裕
ディジタル回路
アナログとディジタル
 アナログ，ディジタル：
 情報処理の過程：

記録/伝送と

処理
において，

媒体の持つ物理量と

それが表現する値との
写像の方式
ディジタル回路
物理量と値の写像
値
値
閾値
3
2
1
O
物理量
アナログ
O
物理量
ディジタル
ディジタル回路
値の数
 記録/伝送
 多値もあり
 処理（論理関数）
 2値
ディジタル回路
多値ディジタル
値の数
3値
例
 MLT-3（Multi Level Transmission-3）
 Flash Memory
4値
 XDR（PS3 の DRAM の I/F）
8値
 8PSK (Phase Shift Keying)
10値
 10進表示
16値
 16PSK
ディジタル回路
論理ゲート
NAND
MIL記号
MIL symbol
論理式
logic expression
真理値表
truth table
a
b
buffer?
NOR
a
z
b
z = (a∙b)’
z a
z = (a + b)’
z
z=a
a
b
z
a
b
z
0
0
1
0
0
1
a
z
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
0
ディジタル回路
完全性
 完全集合：
 すべての論理関数が作れる
 完全集合の例：
 ｛AND，OR，NOT｝
 ｛NAND}
 完全集合をディジタル回路で作ればよい！
ディジタル回路
ロジックの構成
ロジックの構成
ディジタル回路
今日の目標
 論理ゲートはなぜ2値？
 論理ゲートとなる条件
ディジタル回路
電気回路
ディジタル回路
論理ゲートとスイッチ
 スイッチ
 On/Off
 2値！
 接続：
 AND：
直列
 OR ：
並列
ディジタル回路
電気回路
 入出力
 入力：スイッチを押す力
 出力：電球の光
 多段接続
 不能
 入力と出力が「同じ」である必要がある
ディジタル回路
機械式 (mechanical) 論理ゲート
ディジタル回路
機械式論理回路
 入出力
 入力：ロッドを押す力
 出力：ロッドを押す力
 多段接続
 不可能ではない，が…
 入力が出力を駆動：

重くて動かない！
 次段のゲートを駆動 (drive) する能力を供給する必要がある
ディジタル回路
リレー
ディジタル回路
リレー式論理ゲート
ディジタル回路
リレー式ロジック
 入出力
 入力：電圧 (low/high)
 出力：電圧 (low/high)
 多段接続
 可能

次段の駆動能力は，電源から与えられる
ディジタル回路
スプール・バルブ
ディジタル回路
流体式 (fluid) ロジック
ディジタル回路
流体式論理ゲート
ディジタル回路
流体式論理ゲート
 入出力
 入力：作動流体の圧力 (low/high)
 出力：作動流体の圧力 (low/high)
 多段接続
 可能

次段の駆動能力は，高圧タンクから与えられる
ディジタル回路
電子式論理ゲート
 電子デバイス
 真空管
 トランジスタ
 詳しくは，「電子デバイス基礎」で
ディジタル回路
トランジスタ (MOS FET)
 FET (Field-Effect Transistor，電界効果トランジスタ)
 電界で電子を動かしてスイッチング
G
p-MOS
S
D
n-MOS
ディジタル回路
p-MOS と n-MOS
 Negative
 電子がキャリア
 電源電位を効率よく伝えられない
 接地側に配置
 Positive
 正孔 (holl) がキャリア
 接地電位を効率よく伝えられない
 電源側に配置
ディジタル回路
CMOS 論理ゲート
a
z
b
NOR
a
z
b
NAND
a
z
NOT
ディジタル回路
トランジスタ
 入出力
 入力：電圧 (low/high)
 出力：電圧 (low/high)
 多段接続
 可能

次段の駆動能力は，電源から与えられる
– 「増幅」，「利得」
ディジタル回路
トランジスタ
 メリット
 スイッチング速度が高速

電子：容易に制御可能な最小の物質
 微細化，高集積化が可能

フォト・リソグラフィー
 現在のところ，最適な論理ゲート
ディジタル回路
今日のまとめ
ディジタル回路
ロジックの構成
 ロジックの構成
 スイッチ → 電球
 機械式
 リレー式
 流体式
 電子式

 etc.
トランジスタ
ディジタル回路
多段接続可能なスイッチ：
 条件

1.
前段のスイッチの ON/OFF によって，後段のスイッチを ON/OFF で
きること
2.
直列接続と並列接続ができること
3.
反転ができること
4.
後段のスイッチを駆動する能力 (Drive) が，入力からではなく，電
源などから供給されること
満たしている

リレー式

流体式

電子式（トランジスタ）

etc.

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