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
DATE
:
ディジタル回路
ロジックの構成
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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
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ディジタル回路
電気回路
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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
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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
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ディジタル回路
機械式 (mechanical) 論理ゲート
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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
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ディジタル回路
リレー
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ディジタル回路
リレー式論理ゲート
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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
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ディジタル回路
スプール・バルブ
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ディジタル回路
流体式 (fluid) ロジック
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ディジタル回路
流体式論理ゲート
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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
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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
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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
S
p-MOS
D
n-MOS
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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
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ディジタル回路
CMOS 論理ゲート
a
z
b
NOR
a
z
b
NAND
a
z
NOT
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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」
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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
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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
 トランジスタ
 etc.
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ディジタル回路
ロジック：多段接続可能なスイッチ
 条件：
 直列/並列接続と反転ができる
 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
 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
 満たしているロジック：
 リレー式
 流体式
 電子式（トランジスタ）
 etc.
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ディジタル回路
AND
OR
直列接続並列接続
NOT
多段接続
無限段接続
反転
入力と出力が同じ
エネルギー源
ナイフスイッチ
と電球
○
○
○
×
×
機械式
○
○
○
○
×
リレー式
○
○
○
○
○
流体式
○
○
○
○
○
トランジスタ
○
○
○
○
○
？
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ディジタル回路
試験問題
 オリジナルなロジックを示せ
 例が少ないものほど高得点
 ダメな例：
 人を使って…
 それって工学？
 直列接続ではなく，1個では動かないけど2個だと動く何かで AND
 ノイズに弱い
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