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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.