カウンタのしくみ

カウンタ は、数を数えるための装置です。

数を数えるためには、数を数えられることと、数えた数を覚えていることが必要です。

下図は最も簡単な、１ビットのカウンタです。

４個の NAND回路が使用されていますが、右側の２個はメモリです。 SRAM で使用されているラッチ (latch) 回路で、 これによって数えた数を記憶します。

左側の２個は数を数えるためのスイッチとして働きます。

"CLOCK ボタン" をクリックしてみて下さい。 入力信号 が 0 から 1 に変わり、 NAND回路の前の信号も、変わった部分が赤で表示されます。 以後、カウンタの動作を５つのステップに分けて説明します。 ステップの番号が図の左下に表示されます。

"CLOCK ボタン" は "STEP ボタン" に変わっています。 "STEP ボタン" をクリックすると次に進みます。

１ビットのカウンタは、このようにして動作します ^*1。

ただこれだけですから面白くも何もありませんが、重要なことは、 「クロック信号が１になる度に出力 Q は反転し、クロック信号を２個数えるともとの状態にもどる」 ということです。

こういうカウンタを２個、１個めのカウンタの Q 出力が２個めのカウンタのクロックになるようにつなぐ ^*2 と、 ２個めのカウンタはクロック信号を４個数える度にもとの状態にもどるようになります。

１ビットのカウンタが３つあれば８まで、４つあれば 16 までのクロック信号を数えることができます。 どんなに大きい数でも、必要なビット数のカウンタを用意すれば、カウントすることができます。
カウンタ のページでは、８ビットのカウンタ (0 から 255 までの、256個の数を数えることができる) の例をあげました。

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このページの Java アプレットでは、RUN ボタンをクリックしておくと、CLOCK ボタンをクリックするだけで ステップが進むようになります。速さは FAST, SLOW ボタンで調節できます。


^*1 カウンタの動作を説明するために５つのステップに分けましたが、 実際のカウンタでは、このような動作は一瞬のうち (例えば１億分の１秒) に終わります。
^*2 ステップ５で触れていますが、このカウンタではクロック信号はすぐに０にもどらないといけませんから、 そのままつなぐことはできません。 すぐに０にもどるような回路、またはそうでなくてもいいカウンタの回路にしなければならないので、 実際のカウンタはもう少し複雑です。