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Computerナゼ動く21

 ロジックICで作った演算器、命令デコーダ、レジスタ、カウンタなどを組み合わせればCPUが出来上がります。1970前後のミニコンはこのような部品で作られたコンピュータでした。

 ならば複数のICを一つにまとめようとするのは自然の流れです。ディスクリート部品で作られたコンピュータを使ってICを作り、ICで作られたコンピュータを使ってLSIを作る。

 このようにして画期的な集積回路マイクロプロセッサが誕生しました。

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Computerナゼ動く20

SN74LS181N
SN74LS181N

 ロジックICにしては少し大きめで足の多いICですがこれも74シリーズのICです。用途はCPUの中に入っているALU、演算装置にあたります。これ一つで4ビットの論理演算や算術演算が行えます。主にマイコンが発明される前のミニコン時代にCPUを作る一つの部品として開発されました。4ビットですが74182と組み合わせて複数の74181を繋ぎビット数を増やして演算することができます。

 石川町駅の近くのシンコー電機に2個だけ在庫があったので二つとも購入しました。何十年残っていたのでしょうか。今度実験に使用してみます。

74LS181 Table
74LS181 Table
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Computerナゼ動く19

 論理回路で使われるICをいくつか見てみましょう。

SN74S00N
SN74S00N 4 NAND

 74シリーズの00番は4bitのNANDです。最初にICにしたいのはNAND回路だったのですね。

SN74HC04N
SN74HC04N 6 Inverter

 次に末尾一桁の番号のICは6個入りNOT回路です。インバータと呼ばれます。

74LS74N
74LS74N Dual Positive Edge Triggered D Flip Flops

 フリップフロップが二つ入ったICです。だんだん複雑な論理回路がICになってきました。

SN74LS193N
SN74LS193N 4bit Counter

 4bitのカウンターということは最低でもFFが4つ入っています。もうディスクリート部品で組むのが大変な回路になってきました。

TC4069UBP
TC4069UBP 7segment decode

 これは7セグメントLEDを制御するためのICです。このように特定の用途の論理回路も汎用化されICになっています。

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Computerナゼ動く18

SN74S00N
SN74S00N

 他コンピュータの重要な演算機能としてシフト演算があります。ビットの列を右や左にずらしていく回路でFFで構成されます。

 このように基本的な論理回路である、NOT、NAND、NORを組み合わせて様々なビット演算を回路で作り、それをまとめて集積するとCPUやメモリー等のコンピュータ部品になります。

 今まで実験でリレーや真空管、ディスクリートトランジスタを使って仕組みの理解を進めてきました。これからはもっと実用的な装置にしようと思いますのでICを使っていきます。

 初期のコンピュータはリレーや真空管が実際に使われていました。その頃は軍や国家レベルの大きな事業でしたので個人で最低限であっても実用的なコンピュータを作ることは現代であっても不可能です。

 その後トランジスタが発明され電子装置が徐々にトランジスタに置き換わっていきます。トランジスタであれば個々の電力消費が少なく現代では部品単価も廉価なので個人でも手が出せます。実際にディスクリートトランジスタを使ってCPUを作っている方がネットを探すと出てきます。ただ、数千、数万単位の部品で装置を組み上げていくには強靭な気力を要しますので命懸けの仕事と思へ諦めざるを得ません。

 そこで登場するのがICです。1960年前後にアメリカで発明されたこの部品はコンピュータを個人にもたらした偉大な発明だと思います。

 

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Computerナゼ動く17

半加算器
半加算器

 半加算器は2進数の加算をする回路です。AとBを足してSに出力します。桁上がりが有ればCに出力されます。

全加算器
全加算器

 全加算器はAとBを足す時に下からの桁上がりXも加えることができます。加算結果をS、桁上がりをCに出力します。この出力SとCを別の全加算器に与えれば一度に演算できるビット数が増えます。全加算器を8個繋げば8ビットの加算器が出来上がります。

 減算は補数を求めて加算し桁上がりを無視する方法で算出します。補数は2進数であればNOTで反転し1を加えれば求められますので論理回路で容易に実現できます。