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)      
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)

 

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)

 

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

 

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

 

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