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コンピューターの原理基礎:各基礎回路(OR回路/AND回路/NOT回路)の役割をシミュレーターで理解しよう!

$$\newcommand\CB[1]{\textcolor{blue}{#1}} \newcommand\CR[1]{\textcolor{red}{#1}} \newcommand\CG[1]{\textcolor{magenta}{#1}}$$

こちらのページで宣言したとおり、今回からコンピューターの動作原理を開設していきたいと思います!順を追って、まぜコンピューターが動作できるのか解説していきます。最後にはAI/人口知能に関する解説までできたらいいなと考えております!

まず今回は基本的なコンピューターの回路について解説します。コンピューターやスマホは基本的な回路の組み合わせでできています。ですので、この基本回路から順に学んでいくことで、なぜPCやスマホがこんなに複雑な計算や色んなことができてしまうのかが理解できると思います!

今回は全ての基礎であるOR回路/AND回路/NOT回路の3つについて解説します。この3つを組み合わせることで、どんなに難しい回路でも構成できてしまうのです!

本ページでは全ての要素/回路をシミュレーターを使って解説していきます!実際に手で動かすことができるので、教科書などよりもかなりイメージしやすく、本質的な理解がしやすいと思います!

1.OR回路

まず最初はOR回路の解説です。OR回路は「二つの入力のうち、どちらか一方が1であれば、1を出力する回路」です。言葉で聞いても想像しにくいので、シミュレーターを使って理解しましょう!上記のTAP!と点滅している部分を押してみて下さい。すると、右側の変な丸い三角の部分が赤くなると思います。これがOR回路です。

少し詳しく説明します。まず左側にあるタップ!と点滅しているものが入力値を決めるボタンになります。タップ/クリックすると入力値が0と1で反転します。1になると赤くなるようになっています。そして、右側の丸い三角が「OR回路」です。OR回路は「左側の入力どちらが1(赤色)であれば出力値が1(赤色)となる」動きをします!

具体的にいうと、OR回路は下記のようなパターンで出力値を決定します。入力1は上のTAPボタン、入力2は下のTAPボタンと思ってください。

入力1 入力2 出力
0 0 0
1 0 1
0 1 1
1 1 1

これはつまり、「入力1と入力2がともに0でない限り、出力値が1となる回路」です。これがOR回路の役割です。単純ですが、これを集めることによりコンピューターの動作を作ることができるのです!

2.AND回路

次にAND回路です。AND回路は「二つの入力のうち、両方とも1であるときのみ1を出力する回路」です。これもいきなりシミュレーターで動きを確認してみましょう!
シミュレーターの動きは同じです。TAPボタンを押して動作を確認してみてください。右側の丸い形をした回路(AND回路)が一定条件下で変化すると思います。

OR回路と違って、入力値を1にすると必ずAND回路が1(赤色)になるわけではないです。両方の入力が1のときのみ、出力値が1となります。パターンテーブルであらわすと、下記のとおりです。

入力1 入力2 出力
0 0 0
1 0 0
0 1 0
1 1 1

これはつまり、「入力1と入力2がともに1のときのみ出力値が1となる回路」です。OR回路と並んで重要になる回路です!

3.NOT回路

最後の基礎回路はNOT回路です。これは、「入力値と反対の値を出力値とする回路」です。シミュレーターでこれも動きをみてみましょう!
NOT回路は入力が1つしかないので上記のOR回路とAND回路より単純です。右側の三角と丸があわさったものがOR回路になります。

どうでしょうか。入力値(色)が反転するのがわかりますでしょうか。入力値が0のときは出力値が1(赤色)、入力値が1のときは出力値が0(黒色)となります。これがNOT回路です。パターン表で確認すると下記のとおりです。

入力1 出力
0 1
1 0

NOT回路は「ただ入力と反対の値を出力する回路」です。単純ですがものすごく重要な回路です。

まとめ:これら3つの回路を組み合わせると、難しい計算もできるコンピューターがつくれます!

簡単ですがまとめです。上記のようにコンピューターの基礎回路には「OR回路」「AND回路」「NOT回路」の3つがあります。「OR回路」はどちらかの入力が1のとき1を出力、「AND回路」は両方の入力が1のときのみ1を出力、「NOT回路」は入力が0のときのみ1を出力する回路です。

非常に簡単ですが、この3つを組み合わせることで難しい計算もできるコンピューターや、現在PCやスマホで使用しているプログラムやアプリなども作れるようになってくるんです!そのコンピューターとして動作できるまでの過程を、次の記事以降詳しく解説していこうと思います!


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