基本論理ゲート

前回の復習

○デジタル回路では’０’と’１’という2進数の数値を取り扱うが、これは実際のVLSI（大規模集積回路）の中では何に対応しているのか？

○NOT回路はどのような動作をするのか？

１．NOT回路（教科書２．１．２／教科書３．６．２）

NOTの真理値表		回路シンボル	入出力波形
入力A	出力ｆ（A)
０	１
１	０

NOT回路の具体的構成

２．MOS（Metal　Oxide　Semiconductor）トランジスタの捕捉

○MOSトランジスタには２つのタイプがある：　N型　と　P型

○機能はスイッチと考えることができる。

N型MOSトランジスタ（略して、NMOS）	P型MOSトランジスタ（略して、PMOS）

実際の断面の電子顕微鏡写真（どれがMOSトランジスタ？？？）

３．２入力NAND回路（教科書２．４／教科書３．６．２）

○すべての入力が’１’の時のみ、出力が’０’になる回路

○NANDの意味はNegative ANDで、論理積（AND）の否定（NOT）を取ったもの

NANDの真理値表			回路シンボル	NAND回路の具体的構成
入力A	入力B	出力ｆ（A、B)
０	０	１
０	１	１
１	０	１
１	１	０

４．２入力NOR回路（教科書２．４／教科書３．６．２）

○少なくとも一つの入力が’１’の時に、出力が’０’になる回路

○NORの意味はNegative ORで、論理和（OR）の否定（NOT）を取ったもの

NORの真理値表			回路シンボル	NOR回路の具体的構成
入力A	入力B	出力ｆ（A、B)
０	０	１
０	１	０
１	０	０
１	１	０

５．CMOS基本論理ゲート回路の特徴

○グランドと出力ｆ　間にNMOSのみによるネットワークがある

○電源と出力f　間にPMOSのみによるネットワークがある

○NMOSネットワークが導通状態の時は、必ずPMOSネットワークは遮断状態にあり、出力ｆはグランド電位になる。

逆に、PMOSネットワークが導通状態の時は、必ずPMOSネットワークは遮断状態となり、出力ｆは電源電位になる。

	NOT回路	2入力NAND回路	2入力NOR回路	クイズ２	宿題２
P M O S					？
N M O S

６．２入力AND回路（教科書２．１．２）

○ANDとは論理積であり、すべての入力が’１’の時のみ、出力が’１’になる回路

○NANDゲートとANDゲートの回路シンボルの違いは○印であり、○印はNOTを意味する。

○AND回路の具体的構成例の下のように書けば、○印２つが打ち消しあう（NOT２つで、元に戻る）。

ANDの真理値表			回路シンボル	AND回路の具体的構成
入力A	入力B	出力ｆ（A、B)
０	０	0
０	１	0
１	０	0
１	１	１

７．２入力OR回路（教科書２．１．２）

○ORとは論理和であり、少なくとも１つの入力が’１’の時、出力が’１’になる回路

○NORゲートとORゲートの回路シンボルの違いは○印であり、○印はNOTを意味する。

○OR回路の具体的構成例の下のように書けば、○印２つが打ち消しあう（NOT２つで、元に戻る）。

ORの真理値表			回路シンボル	OR回路の具体的構成
入力A	入力B	出力ｆ（A、B)
０	０	0
０	１	１
１	０	１
１	１	１

８．和田流のおぼえ方

NANDは（NMOS直列、PMOS並列）と覚える。

NMOS/PMOSのスイッチの意味が解れば、NANDの真理値表が書ける。

NORはNANDの反対でNMOS並列、PMOS直列とわかり、考えれば真理値表もわかる。

ANDはNAND＋NOT、ORはNOR＋NOTとわかる。

すなわち、まずNANDを覚えれば後は考えれば分かる。

クイズ２　　学籍番号　名前　日付　を書いて　提出すること。

１）「５．CMOS基本論理ゲート回路の特徴」　の「クイズ２」に示したCMOS基本回路の真理値表を作成せよ。

２）デジタル回路では’０’と’１’という2進数の数値を取り扱うが、これは実際のVLSI（大規模集積回路）の中では何に対応しているのか？

３）NOT回路はどのような動作をするのか？

４）２入力NANDゲートを用いてNOT回路を作成せよ。

５）２入力NORゲートを用いてNOT回路を作成せよ。

宿題２　学籍番号　名前　日付　を書いて　次回の講義時に提出

１）２入力NORゲートだけを用いて、ORゲートを作成せよ。

２）２入力NANDゲートだけを用いて、ANDゲートを作成せよ。

３）２入力NANDゲートだけを用いて、NORゲートを作成せよ。

３）「５．CMOS基本論理ゲート回路の特徴」　の「クイズ２」に示したCMOS基本回路は「３入力NAND」ゲートである。この「３入力NANDゲート」を２入力NANDゲートだけを用いて、作成せよ。

４）「５．CMOS基本論理ゲート回路の特徴」　の「宿題２」に示したNMOSネットワークに対応するPMOSネットワークの回路図を示せ。

５）上記４）の結果、　「５．CMOS基本論理ゲート回路の特徴」　の「宿題２」のCMOS基本回路の真理値表を作成せよ。

６）「５．CMOS基本論理ゲート回路の特徴」　の「クイズ２と宿題２」以外にNMOS３個とPMOS３個で構成できるCMOS基本ゲートは２個ある。その２個の回路図と真理値表を作成せよ。

７）以下の回路を構成するのに必要なMOSトランジスタの数は何個か？NMOSもPMOSも区別せずトータルのMOSトランジスタ数で答えよ。　a)NOT回路、b)2入力NAND回路、c)2入力NOR回路、d)3入力NAND回路、e)3入力NOR回路、f)2入力AND回路、g）2入力OR回路、h)3入力AND回路、i)3入力OR回路

８）以下のNMOSネットワークに対応するPMOSネットワークの回路図を示し、真理値表を作成せよ。

以上