論理回路基礎

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(メディア)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
媒体の持つ物理量
媒体
物理量
電気回路,電子回路
電圧,電流
HD,磁気テープ
磁界
CD, DVD (読み出し)
反射光の強度
DRAM,Flash
電荷
FeRAM (Suica)
電界強度
OUM(読み出し)
電気抵抗
AM, FM, PSK
電波強度,周波数,位相
ディジタル回路
アナログ と ディジタル
 情報処理の過程において,
 媒体の持つ物理量 と
 それの表す値 との
写像の方式
 アナログ:連続
 連続的な値 ⇔ 媒体の連続的な状態
 ディジタル:離散
 離散的な値 ⇔ 媒体の離散的な状態
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
アナログ,ディジタル と 信号劣化
 アナログ,ディジタルの優劣
 信号劣化が重要
 信号劣化の要因:
 ノイズ

出力側の精度の限界

観測側の精度(測定精度)の限界
 経年劣化
ディジタル回路
アナログ,ディジタル と 信号劣化
 劣化がなければ(S/N 比∞)… アナログがよい
 アナログ:

情報量∞
 ディジタル:

量子化誤差がある
– 8b(256階調)で 0.4%(≒ 人間の識別限界)
– ビット数を増やせば,誤差は減る
ディジタル回路
アナログ,ディジタル と 信号劣化
 劣化があるので… ディジタルがよい
 アナログ:

決して元に戻らない
 ディジタル:

閾値未満のノイズなら,完全に元に戻る
– 2値なら,10~20% くらいなら耐えられる
– ただし,それでも誤るとアナログより致命的になり得る
ディジタル回路
アナログ と ディジタル
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3.141592...
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ディジタル回路
ノイズの影響
値
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
ディジタル の メリット ― 記録/伝送
 記録/伝送
 ノイズによって誤りが発生しにくい

コピーや経年によって情報が劣化しにくい

再現性が高い
ディジタル回路
ディジタル の メリット ― 処理
 処理
 ディジタル式のコンピュータとの親和性が高い

ソフトウェアの概念が導入される

プログラミングが可能
– 圧縮
– 誤り訂正符号
–…
 「ディジタル・ワールド」
 ディジタル・コンピュータの普及
 ディジタル・コンテンツの普及
ディジタル回路
ディジタル回路とアナログ回路
 用途
 ディジタル回路

情報処理
 アナログ回路

ディジタル回路を支える回路
– A/D,D/A 変換
– 電源
– RF(Radio Frequency,無線)
– 高速ディジタル記録/伝送
–…
ディジタル回路
アナログ回路 と ディジタル回路
アナログ
回路
入力
(アナログ)
アナログ
回路
出力
(アナログ)
アナログ媒体
入力
(アナログ)
A/D
変換
ディジタル
回路
ディジタル
回路
ディジタル媒体
D/A
変換
出力
(アナログ)
ディジタル回路
ディジタル回路とアナログ回路
 設計
 ディジタル回路

(たとえば,この講義を聞けば)誰でも作れる

設計者数 多
 アナログ回路

数学,物理学の知識と「センス」が必要

設計者数 少
 優秀なアナログ回路設計者は引く手数多