情報工学

【情報工学基礎】基本論理回路とは?初心者向け、わかりやすく説明

【情報工学基礎】基本論理回路とは?初心者向け、わかりやすく説明

情報システム、デジタル、コンピュータ等関連のお勉強で出てくる 論理なんとか・・・

見えない電気を論理的にと言われても・・・、それだけでも、難しいですよね

この記事では、論理回路を簡単に説明します。

 

論理とは

英語では「Logic(ロジック)」、物事の思考や議論を進めていく上での道筋。

 

論理回路

論理(物事の論議)を電気的に思考する回路?になりますが・・・

この定義だと わかりにくいので、

「論理回路」とは、電気の道筋・演算回路・・・

つまり、デジタル回路を意味し、

「演算(得たい信号)を、どのような部品で構成するか、その組合せ回路」

部門によってはロジック回路とも言われます。

 

「論理演算」

算数では別表現で、四則演算、算術演算とも言い、数値を加(+)、減(ー)、乗(×)、除(÷)の4種で計算(演算)することは、小学生の頃学びました。

これに対し、論理演算は、電気信号を「真」・「偽」の2種で演算します。

この、「真」・「偽」の表記は、単純に記号でを示していますが、下記の様な種別で表現します。

「真」 「偽」
論理
電気 ある ない
電圧 仮に5V 仮に0V
デジタル ON OFF

 

基本要素

論理回路の基本的な要素は、AND回路、OR回路、NOT回路の3種で構成されます。
なお、それらの組合せで、様々な機能の回路が作成できます。

論理回路は、回路記号(一般的に「MIL記号」を用いる場合が多い)で表記します。
「MIL記号」:論理演算を行う電子回路を図示する記号で、米国の軍事規格(MIL : military = 軍事)で定められたものです。

また、論理回路が入力信号から演算された出力結果を表したものを真理値表と呼びます。

AND

演算

AND演算の機能は,英語のand。訳して「かつ」、1と1のAND演算結果だけが1になります。
すなわち、演算する2つの値の両方が1(真)の場合、演算結果が1(真)になります。

記号・表

AND「入力AでかつBが真の場合、結果Yは真」
対応する論理式、回路記号及び真理値表を下記に示します。

OR

演算

OR演算の機能は、英語のor・訳して「または」。1または1の演算結果だけが1になります。
演算する2つのどちらか一方が1(真)の場合、演算結果が1(真)になります。

記号・表

OR「入力AまたはBが真の場合、結果Yは真」
対応する論理式、回路記号及び真理値表を下記に示します。

NOT

演算

NOT演算の機能は、英語のノット。訳して「否定」を意味しますが、このNOT演算は、単項で演算します。単項演算とは、1つの値に対してのみ演算を行います。
上記AND演算、OR演算共、2つの値に対して演算を行いますが、NOT演算は1つの値を反転させる演算を行います。

反転演算とは、0(偽)なら1(真)に、1(真)なら0(偽)にすることとなります。

記号・表

NOT「入力Aの反転結果Y」
対応する論理式、回路記号及び真理値表を下記に示します。

 

回路

冒頭でも記述しましたが、見えない電気をデジタル2進で論理的に・・・難しいですよね、
参考書・・・デジタル回路、論理回路など、難しく詳しくありますが、

いきなり、論理演算がなんとか・・・コンピュータがデジタル演算処理し・・・からを理解を得るのではなく、下記のような簡単な例で身近な所から、その意味合いを慣れ親しむ形から習得されるこをもオススメします。

 

AND回路

基本回路図

  • スイッチA、B 両方「オフ」の場合:LED Y 未点灯「オフ」
  • スイッチA、B 片方「オン」の場合:LED Y 未点灯「オフ」
  • スイッチA、B 両方「オン」の場合:LED Y  点灯「オン」

 

参考回路

 

  • KEY スイッチ ON位置 でかつ FogスイッチがONの場合、Fogランプが点灯

つまり、両方のスイッチがON状態のときfog ON となります。

Fogランプ消灯忘れに時に伴う、バッテリー上がり防止を、AND回路にて構成しています。

 

OR回路

基本回路図

  • スイッチA、B 両方「オフ」の場合:LED Y 未点灯「オフ」
  • スイッチA、B 片方「オン」の場合:LED Y  点灯「オン」
  • スイッチA、B 両方「オン」の場合:LED Y  点灯「オン」

 

参考回路

 

  • STOP スイッチ ONの場合、停車ランプが点灯

つまり、一方のSTOPスイッチON状態でも、停車ランプがONとなります。

複数のスイッチで同一処理を、OR回路にて構成しています。

 

NOT回路

基本回路図

  • スイッチ「オフ」の場合:LED Y  点灯「オン」
  • スイッチ「オン」の場合:LED Y 未点灯「オフ」

 

参考回路

 

 

事象の反転処理をNOT回路で構成しています。

 

 

まとめ

 

  • 論理回路とは、演算を処理すべき、デジタル回路を意味し、部門によってはロジック回路とも言われている。

 

  • 論理演算で(真理)する構成「真」と「偽」は、2進法(論理)の「1・0」、電気信号の「ある・ない」、電圧の「HV・LV」、デジタルの「ON、OFF」などで、論理素子を表現する。

 

  • 論理回路の基本的な要素は、AND回路、OR回路、NOT回路の3種で構成され、これを基本論理回路と言う。

 

デジタル論理など、見慣れないデジタルでその回路の習得より、身近な電気回路からその表現を参考に記述してました。