矢沢　久雄　グレープシティ アドバイザリースタッフ

　基本的な機能のICだけを使って情報を記憶することができます。情報を記憶するとは，ICの出力を同じ情報（0または1）に保つことです。任意の情報を記憶させることもできなければなりません。記録の機能には，基本的なICを組み合せた「ラッチ」と呼ばれる回路が使えます。ラッチ（latch）とは，「かんぬき」という意味です。かんぬきとは，時代劇に出てくるようなお屋敷の門に架ける「つっかえ棒」のことです。0または1の情報を記憶したら，それが変化しないようにかんぬきを架けるわけです。ラッチには，RSラッチとDラッチがあります。今回はRSラッチを紹介し，次回はDラッチを紹介します。ラッチの仕組みがわかれば，デジタル回路の基礎は卒業です。

図1●情報を記録する回路の例

●情報を記憶するとは？

　まず，デジタル回路において情報を記憶するとは，どういうことかを説明しておきましょう。図1[拡大表示]の回路を見てください。四角で囲んだブラック・ボックスの部分に何らかのゲートを組み合せた回路が入っています。内部がどうなっているかは，後ほど説明します。この回路には，SとRという名前の付けられた2つの入力と，1つの出力があります。

図2●回路の内部に1または0の情報が記録される
　デジタル回路が取り扱う情報は，当然のことですが0または1のデジタルな情報です。図1の回路では，入力Sを0から1に変化させると出力が1になり，その後で入力Sが0に戻っても出力は1のままとなります。入力Rを0から1に変化させると出力が0になり，その後で入力Sが0に戻っても出力は0のままとなります。すなわち，SとRの2つの入力によって回路の出力を1または0に固定できるのです。出力が固定できるのは，回路の内部で情報が記憶されているからです。これが，デジタル回路における情報の記憶という動作です（図2[拡大表示]）。

●記憶を実現するRSラッチ

　図1でブラック・ボックスとなっていた回路の種明かしをしましょう。情報の記憶を実現するには，ANDゲート，ORゲート，XORゲート，NOTゲート，およびNANDゲートなどの基本的なICを組み合せた，さまざまな方法があります。ここでは，その中でも比較的わかりやすい「RSラッチ」を紹介します。RSラッチのRはResetを意味し，SはSetを意味しています。1という情報を記憶させることがSetであり，それを0に戻すことがResetです。

図3●RSラッチ回路の一例
　RSラッチを作る方法は1つだけではありませんが，ここでは一例を図3[拡大表示]に示しておきます。ORゲートの出力をANDゲートの入力に戻していることがポイントです。入力Sと入力Rには，00，01，10，11の4パターンがあり得ます。回路の中の電気信号の流れ（ゲートを通過したときの0と1の変化）を指で追って，情報を記憶する機能となっていることを確認してみましょう。

　まず，図2のように入力R，入力S，出力が0の状態からスタートします。図3の回路を紙に写して，各ゲートの入力と出力に0または1と書き添えてください。次に入力Sを1にしてみましょう。OR回路の出力は1となり，それがAND回路に戻ってAND回路の出力も1となります。この状態で入力Sを0にしても出力は1のままです。すなわち1が記憶できたのです。今度は，入力Sが0で，入力Rを1にしてみましょう。出力は0になります。この状態で入力Rを0にしても出力は0のままです。すなわち0が記憶できたのです。

●RSラッチを内蔵したIC

図4●4個のRSラッチを内臓した74279の内部
図4●4個のRSラッチを内臓した74279の内部
　RSラッチを実現するには，数種類のゲートが必要になることがわかりました。しかし，複数のICを使うのでは，回路が高価かつ大きなものとなってしまいます。そこで，1個のICの中に数種類のゲートを集積してRSラッチの機能を提供してくれるものがいくつかあります。図4[拡大表示]は，1個のICの中に4個のRSラッチを内蔵した74279です。74279では，NANDゲート2つで1つのRSラッチを作っています。同じ機能を8つのNANDゲート（NANDゲートを4個内蔵した7400なら2個）でも実現できるわけですが，74279を使えば配線の手間が不要になり，ICも1個で済みます（注意：NANDゲートを2つ使ったRSラッチは，入力0を有効と考える負論理になります）。

　74シリーズには，様々な型番のICがありますが，基本となるのはANDゲート（7408），ORゲート（7432），XORゲート（7486），NOTゲート（7404），及びNANDゲート（7400）などであり，その他のICは，基本的なゲートを組み合せた回路を集積して内蔵したものとなっています。LSIと呼ばれる規模まで集積度を上げてれば，プロセッサのような高度な機能も実現できます。そう思うと，コンピュータがより身近なものに感じられるでしょう。

　次回（最終回）は，同じラッチであっても，入力信号をとらえるために使われるDラッチを紹介します。お楽しみに！