ICの論理回路と論理ゲートなどの基本的な話

こんにちわ。

CPUやRAMなどはたくさんの素子を集積した大規模集積回路ですが、その集積回路を少しづつ少しづつばらしていくと単純な論理回路に分けることができます。

今回は論理回路について、できるだけ簡単に整理しています。

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論理回路とは

論理回路とは0と1の2つの値からなるデータを入力し,演算し,出力する装置のことを言います。

その代表例がコンピューターのCPUですね。

論理回路は主に記憶することができる回路とできない回路に分類することができます。

記憶できない回路は、外部からの入力だけに依存して出力が決まります、

これを組合せ回路といいます。

逆に記憶することのできる回路は,回路内にいくつかの状態を保持することができ、その出力は入力だけでなく、そのときの回路内の状態にも依存します。

これを順序回路といいます。

順序回路についてはまた、別の機会に整理しようと思っています。

ICの論理回路と順序回路などの話
こんにちわ。 CPUやRAMなどはたくさんの素子を集積した大規模集積回路ですが、その集積回路を少しづつ少しづつばらしていくと単...

論理回路の設計には、論理式や真理値表が用いられます。

また、回路図的な表記手段としてMIL記号など論理素子記号が使われます。

正論理と負論理

電子部品の世界には正論理と負論理という考え方があります。

正論理では「H」や「1」を真偽値の「真」に、負論理では「L」や「0」を真偽値の「真」に対応させる論理のことを言います。

一般的なユーザーにとってはややこしいのでそういうのがあるということだけ知っていればいいんじゃないかなって思っています。

MIL記号などの通常のロジック・ダイアグラムでは正論理と負論理が混在して使用されています。

組み合わせ回路

現在の入力のみで出力が決まる回路のことを組み合わせ回路といいます。

ICなどで実現されている基本中の基本の回路です。

トランジスターなどの半導体を組み合わせて作られています。

論理ゲート

基本となる論理演算を行うものを論理ゲートといいます。

コンピューターなどの電気回路。電流が流れれば真、流れなければ偽などと対応させます。

否定(ノット)回路、論理和(オア)回路、論理積(アンド)回路、排他的論理和(エックスオア)回路、否定論理和(ノア)回路、否定論理積(ナンド)回路などのほか、それらを組み合わせたものもがあります。

否定(NOT)回路

インバーターとも言われます。

入力Aが「真」の場合、出力は「偽」。

入力Aが「偽」の場合、出力は「真」となります。

論理和(OR)回路

入力A、または入力Bのいずれかが「真」の場合は出力が「真」となります。

逆に出力が「偽」になるのは、入力A、B共に「偽」の場合です。

論理積(AND)回路

入力A、および入力Bの両方が「真」の場合は出力が「真」となります。

逆に入力A、入力Bのいずれかが「偽」であれば、出力は「偽」となります。

排他的論理和(XOR)回路

入力A、または入力Bのいずれか一方だけが「真」の場合は出力が「真」となります。

入力A、および入力Bが両方とも「真」もしくは両方とも「偽」の場合は、出力が「偽」となります。

否定論理和(NOR)回路

入力A、または入力Bのいずれかが「真」の場合は出力が「偽」となります。

逆に出力が「真」になるのは、入力A、B共に「偽」の場合です。

OR回路とまったく逆の演算結果となります。

否定論理積(NAND)回路

入力A、および入力Bの両方が「真」の場合は出力が「偽」となります。

逆に入力A、入力Bのいずれかが「偽」であれば、出力は「真」となりま

AND回路とまったく逆の演算結果となります。

論理ゲート以外の組み合わせ回路

次に論理ゲート以外の組み合わせ回路をいくつか紹介します。

簡単な説明だけで、詳細はここでは割愛します。

エンコーダ

複数の入力の内の1つが「真」になった時にそれに対応する2進数コードを出力します。

デコーダ

2進数のコード入力に対応して、多数の出力線の内の1本だけを「真」にします。

マルチプレクサ

2進コード入力に基づいて、複数の入力から1つを選んで出力します。

デマルチプレクサ

2進コード入力に基づいて、1つの入力を複数の出力の内の1つに出力します。

加算器

2進数の加算を行うものです。

負の数の表現に2の補数を使っているのであれば、減算は2の補数を加算することで実現できるようになっています。

乗算器

2進数の乗算を行うものです。

他にもバレルシフタ、ディジタル・コンパレータと呼ばれるものなどがあります。

1つ1つの論理回路は単純な動作ですが、これらをたくさん組み合わせることでCPUなどになると思うと不思議ですね。(笑)

最後までおつきあい、ありがとうございました。

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