ディジタル回路

DATE :

1. アナログ と ディジタル

五島 正裕

ディジタル回路

アナログ と ディジタル

アナログ，ディジタル：

情報処理の過程：

記録 / 伝送 と

（狭義の）処理

における…

写像の方式：

媒体（メディア）の持つ物理量 と

それが表現する値

ディジタル回路

媒体の持つ物理量

媒体 物理量

電気回路，電子回路 電圧，電流

HD, 磁気テープ 磁界

CD, DVD 反射光の強度

DRAM ， Flash 電荷

FeRAM (Edy, Suica, etc) 電界強度

OUM, RRAM 電気抵抗

AM, FM, PSK 電波強度，周波数，位相

ディジタル回路

アナログ と ディジタル

情報処理の過程において，

媒体の持つ物理量 と

それの表す値 との

写像の方式

アナログ：連続

連続的な値 ⇔ 媒体の連続的な状態

ディジタル：離散

離散的な値 ⇔ 媒体の離散的な状態

ディジタル回路

物理量 と 値 の 写像

物理量

値

物理量

値

アナログ ディジタル

O O

1

2

3

閾値

ディジタル回路

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3.141592...

アナログ と ディジタル

ディジタル回路

アナログ，ディジタル と 信号劣化 (1/3)

アナログ，ディジタルの優劣

信号劣化が重要

信号劣化の要因：

機器の精度の限界

出力側の精度の限界

観測側の精度（測定精度）の限界

（いわゆる）ノイズ

経年劣化

…

ディジタル回路

アナログ，ディジタル と 信号劣化 (2/3)

劣化がなければ（ S/N 比 ∞）… アナログがよい

アナログ：

情報量∞

ディジタル：

量子化誤差がある● 8b （ 256 階調）で 0.4% （≒ 人間の識別限界）● ビット数を増やせば，誤差は減る

ディジタル回路

アナログ，ディジタル と 信号劣化 (3/3)

劣化があるので… ディジタルがよい

アナログ：

決して元に戻らない

ディジタル：

閾値未満のノイズなら，完全に元に戻る● 2 値なら， 10 ～ 20 ％ くらいなら耐えられる● ただし，それでも誤るとアナログより致命的になり得る

ディジタル回路

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

3.141592...

アナログ と ディジタル

ディジタル回路

ノイズの影響

物理量

値

物理量

値

アナログ ディジタル

O O

1

2

3

ディジタル回路

ディジタル の メリット ― 記録 / 伝送

記録 / 伝送

ノイズによって誤りが発生しにくい

コピーや経年によって情報が劣化しにくい

再現性が高い

ディジタル回路

ディジタル の メリット ― 処理

（狭義の）処理

ディジタル式のコンピュータとの親和性が高い

ソフトウェアの概念が導入される

プログラミングが可能● 圧縮● 誤り訂正符号● …

「ディジタル・ワールド」

ディジタル・コンピュータの普及

ディジタル・コンテンツの普及

ディジタル回路

アナログ回路 と ディジタル回路

ディジタル回路

アナログ回路 と ディジタル回路 の 用途

ディジタル回路

情報処理

アナログ回路

ディジタル回路を支える回路

A/D ， D/A 変換

電源

RF （ Radio Frequency ，無線）

高速ディジタル記録 / 伝送

…

ディジタル回路

アナログ回路 と ディジタル回路

アナログ回路

A/D変換

ディジタル回路

アナログ媒体

ディジタル媒体

アナログ回路

ディジタル回路

D/A変換

入力（アナログ）

出力（アナログ）

入力（アナログ）

出力（アナログ）

ディジタル回路

アナログ回路設計 と ディジタル回路設計 (1/2)

アナログ回路設計

数学，物理学の知識と「センス」が必要

よい回路を設計すれば，論文 / 特許になる

設計者数：極少

優秀なアナログ回路設計者は引く手数多

ディジタル回路

アナログ回路設計 と ディジタル回路設計 (2/2)

ディジタル回路設計： プログラミングみたいなもの

（たとえば，この講義を聞けば）誰でも作れる

すごい回路を設計しても，まず論文 / 特許にはならない

設計者数：少

プログラマよりは引く手数多

「どう設計するか」より「何を設計するか」がより大事

⇒ コンピュータ・アーキテクチャ

ディジタル回路

次回

「ブール代数 と 論理ゲート」

ブール代数：

論理回路の基礎を与える数学

論理ゲート：

論理回路の基本素子