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マインクラフトは、リピーターをロックさせる仕組みで簡単にDフリップフロップ回路が作成できますが、今回はより理解を深めるため、マインクラフトの回路図から、実世界のDラッチの回路図を書いて確認します。
マインクラフトの回路の信号方向 でも書きましたが、以下のようなマインクラフトの回路図は、レッドストーントーチにより信号の方向性が生まれるので注意する必要があります。
https://www26.atwiki.jp/minecraft/pages/26.html 引用
| C | D | Q | ~Q |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | |
| 0 | 1 | 1 | |
| 1 | 0 | 保持 | |
| 1 | 1 | 保持 |
真理値表通りに動くのでたぶんこの回路図であっていると思います。マインクラフトの回路図から、実世界で使われる回路図にしてみました。ポイントとしては、レッドストーントーチが指向性を持つので、その先のワイヤーが交差する箇所で、単純に分配しているのか、OR回路になって１つのワイヤーになるのかをしっかり確認することです。
マインクラフトではレッドストーントーチとブロックを組み合わせてNOT回路が作成できます。またこのような回路の場合、信号の流れが特定方向に固定されます。
https://www26.atwiki.jp/minecraft/pages/1037.html
Aから~Q側へ信号が流れそうですが、黄色いブロックについているレッドストーントーチがあるため、Aから~Q側には流れません。回路図で書くと以下になります。
| A | B | Q | ~Q |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
Dフリップフロップ回路を作成するときに、このような構造が出てきます。
Dフリップフロップ回路はデータを保存できるので、複数並べるとレジスターになります。最新のマインクラフトではレッドストーン回路のリピーターで信号を止めることができるため、これで先ずはDラッチ回路を作ってみます。
https://www26.atwiki.jp/minecraft/pages/26.html#id_c8183ecb
画像のようにリピーターを交差するような感じで配置します。
リピーターをこのように並べると、以下Gif画像のように信号が伝わらないように遮断棒がでてきます。
左側のリピーターのように棒が横たわると、リピーター上を信号が伝わらなくなります。
もう一度、リピーターを見てみましょう。リピーターは、レッドストーントーチで出来ています。遮断機が下りて、左のスイッチからの信号が伝わらなくなります。ですが、リピーターのレッドストーントーチは、以前の状態を保持しているので、出力も以前の状態になります。現在のスイッチの変更は関係なくなります。これは遮断機が下りた時の状態を保持している事になります。
つまり、これを並べるとメモリーやレジスターになります。
黄色いブロックにレッドストーントーチを横につけてNOT回路を作っていますが、これは、クロックを表す側のリピーターがONになったときに、(=Highになったとき)に、状態を保持するためです。これをハイレベルエッジと言います。
マインクラフトではまだわかりませんが、現実世界のハードウェアでは、このレベルエッジを適宜切り替えて使っているそうです。
マインクラフトでDラッチ回路を作成しました。次回はDフリップフロップ回路を作って、クロック入力の立ち上がり時のみ入力状態が反映され、それ以外では保持されるようにしてみます。
今回は、マインクラフトで組み合わせ回路のマルチプレクサーを作りました。2bitの信号を切り替えるだけですが、マインクラフトでは単純に回路図をレッドストーン回路で実現すると、１つ１つのブロックが多いため最適化する必要があるのが分かりました。
画面キャプチャーのように、2ビットの切り替えだけでも何も考えずにブロックを配置するとこの大きさです。マインクラフトは、レッドストーンは15個分の信号しか伝わらないため、大きくすればするほどリピーターで調整する必要があります。
16ビットのマルチプレクサーを作るとなると、ブロックの並べ方をしっかり学ばないといけないようです。
マインクラフトのレッドーストーンで排他的論理和のXOR回路を作成しました。
http://minecraft.gamepedia.com/File:StandardLogicGates.png
マインクラフトでは、レッドストーンとブロックを繋げてさらにレッドストーントーチを置くことでNOT回路になります。そして高低差をうまく使うことで小さなサイズで、XOR回路を作る事が可能です。
一度Logisimで、回路図を書いてみました。レッドストーン回路はどこが接続されているのかわかりづらいですが、以下のような回路図にしてしまうと分かりやすいです。また、XOR回路の出力にNOT回路を付けるとXNOR回路になります。
