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純な論理回路に分けることができます。

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。

前回は論理回路のうち、この組み合わせ回路をご紹介しました。

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...

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。

今回はこの順序回路をご紹介します。

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順序回路

順序回路とは、論理回路の一つで現在の入力のみならず、過去の入力の履歴にも依存して出力が決まる回路のことをいいます。

過去の入力を記憶しておくためのメモリー等、記憶装置を含むものは順序回路といえます。

順序回路には、「フリップフロップ」「カウンタ」などがあります。

フリップフロップ

フリップフロップは制御信号により現在の入力信号の保持を行うものです。

ラッチとも呼ばれ、コンピュータの回路名としてはレジスタと呼ばれています。

0と1の2種類の安定状態を持っていて、入力された状態を保持し、出力し続ける回路となります。

1つのフリップフロップ回路で1ビットのデータを保持できます。

フリップフロップには、クロック入力を持たず、その時点での入力の値に応じて出力が変化し、新たな入力信号が来るまで同じ状態を保持する非同期式フリップフロップと、クロック信号の立ち上がり(又は立ち下り)に同期してその時点での入力に対応する信号を出力し、次にクロックが立ち上がる(又は立ち下る)まで更新されない同期式フリップフロップがあります。

非同期式フリップフロップ(RSフリップフロップ)

(出典:ウィキメディア・コモンズ photo by Signed-C / CC by-sa 3.0)

カウンタ

カウンタ回路は、特定の順序で出力の組み合わせが変化し、一定の周期で元の状態に戻るような論理回路で、フリップフロップとゲートとをいくつか組み合わせたもので実現されます。

カウンタには以下のような種類があります。

シフトレジスタ

直列フリップフロップの入力と出力を直接接続したもので、クロックに合わせて各フリップフロップの値を1段ずつ横に送っていく(シフトしてゆく)動作をします。

通常は初段と終段の間は接続されていませn。

ジョンソン・カウンタ

シフトレジスタの初段と終段の間だけ入力と出力を反転して接続したものを言います。

リング・カウンタ

シフトレジスタの初段と終段の間も他の段同様、入力と出力を直接接続したもの。

他に、バイナリ・カウンタ(2進カウンタ)や n進カウンタなどがあります。

カウンタには同期式と非同期式があり、非同期式カウンタは常に前段の結果によって次段の動作が左右されるため、多段になるほど終段の結果の確定は回路の伝播遅延による遅れが蓄積される。こうしたものは「非同期式リプルカウンタ」と呼ばれています。

その他

論理回路というよりディジタル回路としての分類になりますが、組み合わせ回路や順序回路以外に次のようなものもあります。

ワイヤード・オア

複数の半導体でオープンコレクタ出力を使って便宜上のOR回路を構成する手法。

バッファ等

伝送路や多数のゲートを駆動する為に大きな出力の回路を持つもの。

トライステート・バッファ

バッファの出力状態を「H」と「L」の他にハイ・インピーダンスの合計3つ持つもの。

などなど

このあたりは一般パソコンユーザーにとっては、そういうものがある程度の理解で普通はいいのかなと思っています。

最後までおつきあい、ありがとうございました。

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