トランジスタでＣＰＵをつくろう！
トランジスタで８０８０をつくってしまおうというまさにびっくり仰天、狂気のプロジェクトです！
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見事にできましたら、もちろんＴＫ−８０モニタを乗せて、それからＢＡＳＩＣ、ＣＰ／Ｍを走らせましょう！
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［第５９回］


●ＸＯＲ回路（２）

前回はＣＰＵを構成する回路はＮＡＮＤ回路で表すことができるはず、ということを書きました。
そうであるならば、ＸＯＲ回路も当然ＮＡＮＤ回路で表すことができるはずです。

前回お見せしたＸＯＲの論理演算を再掲します。
ＸＯＲのシンボル図です。

下がＸＯＲの論理演算です。

Ａ	Ｂ	Ｃ
０	０	０
０	１	１
１	０	１
１	１	０

Ａ、Ｂが入力でＣが出力です。
Ａ、Ｂがともに０または１ならばＣは０で、Ａ、Ｂが異なる値のときＣは１になります。
これをＮＡＮＤゲートで作ると下のようになります。


インバータもＮＡＮＤゲートで表すことができますが、わざわざインバータをＮＡＮＤで作るのは無駄ですので、ここは素直にインバータを使います。
ＮＡＮＤが３つとインバータが２つです。
ただの基本的な論理ゲートにしては結構複雑です。
回路の動作を検証してみます。
ＡＢがともに０のときは前段の２つのＮＡＮＤゲートの入力は０、１および１、０ですから出力はどちらも１になります。
すると後段のＮＡＮＤの入力が１、１ですから出力は０になります。
ＡＢの入力が１、０か０、１のときは前段のＮＡＮＤのどちらかは入力が１、１になりますからその出力は０になります。
すると後段のＮＡＮＤの入力のどちらかは０ということですから出力は１になります。
ＡＢの入力が１、１のときは前段のＮＡＮＤの入力は１、０および０、１ですから出力はどちらも１になります。
すると後段のＮＡＮＤの入力が１、１ですから出力は０になります。

この回路をＭＯＳＦＥＴ回路に置き換えてみると下の回路になります。

ＰｃｈＭＯＳＦＥＴを８個とＮｃｈＭＯＳＦＥＴを８個使います。
たかがゲート１つにしては大変な回路です。

［第５４回］で紹介しましたトランジスタロジック回路組立キットの基板を使って上の回路を組んでみました。

ＮＡＮＤだけで組もうとすると５ゲート必要ですから「ＨＣ００」基板１枚では作れません。
こういうときに「ＨＣＵ０４」基板が役に立ちます。
上がＨＣＵ０４基板で下がＨＣ００基板です。
ＨＣＵ０４基板からＮＯＴゲートを２回路、ＨＣ００基板からＮＡＮＤゲートを３回路使いました。

下は上の写真の回路に入力した信号です。

２つの信号を左から見ると、［０，０］、［０，１］、［１，０］、［１，１］という入力信号になっています。

下の写真は下側（ＣＨ２）に上の回路の出力信号が出ています。

出力信号（下側、ＣＨ２）は左から０、１、１、０になっています。
間違いなくＸＯＲの出力です。
出力信号は入力信号（上側、ＣＨ１）に対して少し遅れが見えます。
Ｈ出力の途中に切れ目が見えるのはその遅れが原因で、このような回路に今回のようなクロック型の信号を入力すると、回路の遅れによってこのようなヒゲが発生する場合があります。

さて。
これでＸＯＲ回路もトランジスタで作ることができたわけですが。
面白くないのでありますね。
たかが論理ゲート１つにトランジスタ１６個！
しかもいずれ説明をしていきますが、ＸＯＲは加算回路を構成するパーツでもあります。
そういうことになりますと、ＸＯＲ単体でトランジスタ１６個というのは、いかにも多い！
なんとかならないものかといろいろ思案したのですけれど、ＮＡＮＤ、ＮＯＴのレベルでは、これ以上はどうしようもありません。
しかし。
トランジスタのレベルなら。

おお。
なんとかなるじゃありませんか。

下のＸＯＲの論理演算をじっとながめていましたら。

Ａ	Ｂ	Ｃ
０	０	０
０	１	１
１	０	１
１	１	０

妙案を思いつきましたよ。
トランジスタ回路だからこその、禁断のウラ技であります。
半減とまではいきませんがトランジスタ１０個でできましたから６個の削減に成功しました。

皆様も頭の体操です。
どういう回路なのか考えてみてください。
次回までのお楽しみです。

ヒントはＮＯＲ（トランジスタ４個）＋ＮＡＮＤ（トランジスタ４個）＋トランジスタ２個です。

トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第５９回］
２０１５．５．１４ｕｐｌｏａｄ

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