seegongsik
構造

わかりやすく 論理ゲート とは

ここまで、数も文字も0と1で表してきました。でもコンピュータは、ただ記録するだけの機械ではなく、「そうだ、そうではない」を判断する機械でもあります。その判断がどこから始まるのかを、このレッスンでたどります。

01

入力が二つ、出力が一つ

コンピュータのあらゆる判断は、論理ゲートというとても小さな部品から始まります。
ゲートはスイッチを入力として受け取り、決められた規則どおりにオンかオフを一つ出します。
下では、基本の三つのゲートを自分でオン・オフできます。
ゲートという名前は、門のように信号を通したり止めたりすることから来ています。

0
0
AND
0
両方オンでないとオンになりません

入力のスイッチをオン・オフすると、各ゲートの出力がすぐに変わります。

いま触ったものが、コンピュータを形づくるいちばん小さな判断の単位です。
この部品がしているのは、オンとオフを決められた規則どおりに変えることだけです。
規則は変わることも疲れることもないので、同じ入力を入れればいつも同じ答えが出ます。

02

AND、OR、NOT

三つのゲートは、それぞれ性格が違います。
ANDは気むずかしく、二つの入力がどちらもオンのときだけオンになります。
ORはおおらかで、一つでもオンならオンになります。
NOTはあまのじゃくで、入ってきたものを反対にひっくり返します。
そしてNOTは、ほかの二つと違って入力を一つしか受け取りません。

AND · かつ

両方の取っ手を同時ににぎらないと動かない安全装置のように、両方オンでないとオンになりません。

OR · または

玄関でも裏口でも、どちらか開いていれば入れるように、片方オンでもオンになります。

NOT · ではない

押すと消えて、はなすとつく あまのじゃく。入ってきた信号を反対にひっくり返します。

三つのゲートが入力をどう扱うか。

基本のゲートはこの三つだけです。
驚いたことに、世界中のコンピュータがする判断は、どれもこの三つを組み合わせて作られています。
条件がどれほど多い判断でも、結局は「そうだ」と「そうではない」の組み合わせなので、この三つさえあればもれなく表せるのです。

03

すべての場合を一つの表に

ゲートの規則は、一つの表にすっきりまとめられます。
二つの入力がそれぞれオンかオフなので、考えられる場合はちょうど4通りで、それぞれの出力を書いておけばよいのです。
この表を真理値表と呼びます。
入力が一つ増えるたびに場合の数は2倍になり、入力が三つなら8行、四つなら16行になります。

入力A入力B出力
000
010
100
111

ANDゲートの真理値表。

表を見れば、規則がひと目でわかります。
ANDは、二つの入力がどちらもオンの最後の1行だけで出力がオンになります。
ORの表は逆に、どちらもオフの最初の1行だけがオフで、残りの3行はすべてオンです。
複雑に見える判断も、結局はこうした表いくつかで説明できます。

04

ゲートを組み合わせると賢くなる

ゲート一つは単純ですが、いくつもつなげると、ずっと複雑な判断を作れます。
よい例が、二つの入力が「互いに違うときだけ」オンになる判断です。
これはゲート一つではできませんが、いくつか組み合わせればできます。
違うかどうかを見分けるこの判断こそ、二つの値を比べたり足したりするときに使われる部品なのです。

0
0
互いに 違う?
0
互いに同じなので、オフになりました

互いに違うときだけオンになる組み合わせ。

こうした単純なゲートを積み重ねていくと、数を足したり値を覚えたりする回路になり、最後にはCPUになります。
次のレッスンでは、まさにこのゲートで足し算の機械を作ります。
驚くのは、ここから先は新しい部品が一つもいらないことです。
変わるのは、同じ三つのゲートをどれだけたくさん、どうつなぐかだけです。

一言でいうとコンピュータのあらゆる判断は、AND、OR、NOTというたった三つのゲートから始まりました。この小さな部品を組み上げれば、計算も記憶もすべて作れます。
← 構造
このページがお役に立ったなら支援する