論理回路入門

論理回路(ろんりかいろ、英: logic circuit、ロジック・サーキット)とは

論理演算を行う電気回路及び電子回路である。真理値の「真」と「偽」、あるいは二進法の「0」と「1」を、電圧の正負や高低、電流の方向や多少、位相の差異、パルスなどの時間の長短、などで表現し、論理素子など[1]で論理演算を実装する。電圧の高低で表現する場合それぞれを「H(ハイ)」「L(ロー)」等という。基本的な演算を実装する論理ゲートがあり、それらを組み合わせて複雑な動作をする回路を構成する。状態を持たない組み合わせ回路と状態を持つ順序回路に分けられる。
ふつうはデジタル回路である。論理演算を行うアナログ回路、「アナログ論理」を扱う回路(どちらも「アナログ論理回路」)や、多値論理回路、電気(電子)的でないもの(たとえば流体素子や光コンピューティングを参照)もあるが、以下では扱っていない。


論理回路とは、 デジタル信号を扱う機器で、 論理演算などを行っている電子回路です。


論理回路を構成する上で最も基本的な論理素子には、 下に示した AND 回路 (論理積回路)、 OR 回路 (論理和回路)、 NOT 回路 (否定回路) の三つがあり、 これらを基本論理回路といいます。

さらに、 それらを組み合わせて作られる NAND や NOR、 EXOR 回路、 あるいは 1 ビットのデータを一時的に記憶できる フリップフロップ、 更には数値を記憶したり計数できる レジスタ や カウンタ なども使用されます。
フリップフロップ や レジスタ、 カウンタ になると、 それ自体がかなり複雑な論理素子ですが、 これらももちろん、 すべて AND や OR、 NOT 回路 (基本論理素子) を組み合わせて作られています。

論理素子は、 以前はトランジスタやダイオードなどの半導体、 あるいは抵抗やコンデンサといった電子部品を組み合わせて構成していましたが、 現在はもっぱら IC に集積された論理素子を利用します。

論理回路は、通常どんな状態?

論理回路には、アナログ的な中途半端な状態が存在しません、電圧が「ある」か「ない」かで回路の状態を考えます。  電圧の「ある」状態を「1」で表し、「ない」状態を「0」で表します。(負論理の場合は電圧のある状態を「0」、無い状態を「1」で表します。)  下図のような論理回路では2入力で1出力になっており、入力aとbの状態が「1」または「0」のときに、出力「c」が「1」になるのか「0」になるのかを真理値表というものを使って表します。  基本的に2入力の回路しか電気資格の試験では出題されないと思いますが、3入力や4入力になっても考え方は同じです。


歴史

遡るならば、非電気的な、機械のみによる論理演算の処理、というものも考えられているが割愛する。 電気による論理演算は、リレー(ことによってはソレノイドアクチュエータやモータと、スイッチ)による装置(たとえば初期の電話交換機など)があった。しかし、ブール代数は19世紀中頃に考案されていたが、当時はそれらの装置と論理をつなげて考えていなかった。 デジタル回路と論理の対応付けは、中嶋章が1934年頃から研究、論文としては1936-1937年[24]に榛沢正男と発表した「継電器回路に於ける単部分路の等価変換の理論」を嚆矢とし、クロード・シャノンの1937年の研究とその発表が有名である(他にも相次いで発表されている)。後者の着想が独立かどうかは不明である[25]。 個別部品時代もモジュール化はおこなわれていたが、1960年代に登場した汎用ロジックICにより、アナログ的な回路設計と論理設計をほぼ分離できるようになった。 小規模な場合は、論理素子記号などを使った手書きによる設計が可能であるが、大規模になると難しい。そのため、1990年代より大規模な回路の設計にはハードウェア記述言語が用いられている。また、集積回路技術の進歩に対応できるように、どのような素子を使用するかに独立なビヘイビアモデル(動作記述)による設計が行われる。 1990年代後半より、試作や少量生産の場合に論理回路をプログラムで書き換え可能なPLDやCPLD、FPGAなどが使用されるようになった。大量生産または高性能が要求される場合はASICも使用される。

カルノー図。など
論理回路 記号

・D-FFをJK-FFを使って表す。
・状態遷移表を完成させる。
・D-FFの特性方程式とは
・A(not)C+ABCをNANDで表す。
・タイムチャート
・4進カウンタを状態遷移表を状態遷移図とともに理解する
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