ディジタル回路 5. ロジックの構成 五島 正裕.

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1 ディジタル回路 5. ロジックの構成 五島 正裕

2 ディジタル回路 ロジックの構成

3 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

4 ディジタル回路 電気回路

5 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

6 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

7 機械式 (mechanical) 論理ゲート
ディジタル回路 機械式 (mechanical) 論理ゲート

8 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！
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

9 ディジタル回路 リレー

10 ディジタル回路 リレー式論理ゲート

11 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
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

12 ディジタル回路 スプール・バルブ

13 ディジタル回路 流体式 (fluid) ロジック

14 ディジタル回路 流体式論理ゲート

15 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
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

16 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

17 トランジスタ (MOS FET) FET (Field-Effect Transistor，電界効果トランジスタ)
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

18 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
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

19 ディジタル回路 CMOS 論理ゲート NOR NAND NOT

20 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
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」

21 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
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

22 ディジタル回路 今日のまとめ

23 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.

24 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
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.

25 AND OR NOT 多段接続 無限段接続 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 ？
ディジタル回路 AND OR NOT 多段接続 無限段接続 直列接続 並列接続 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 ？

26 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？
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