コンピューターはどうやって電気信号を認識しているのでしょうか。

質問

コンピューターはどうやって電気信号を認識しているのでしょうか。

1.トランジスタが関係しているのでしょうか。もしそうならどのような
原理で動作しているのでしょうか。

2.コンピューターはデシタルデータを扱いますが、電気信号がonの時は1で、
offの時は0と認識しているのでしょうか。

よろしくお願い致します。

回答No.4

geshon · ベストアンサー

> 1.トランジスタが関係しているのでしょうか。もしそうならどのような
> 原理で動作しているのでしょうか。

現在の半導体の殆どは CMOS と呼ばれる技術で形成されており、
その基本はトランジスタですが、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で
構成されています。一般的にトランジスタという、トランジスタラジオの
半導体とは別の技術です。
また、制御方法も増幅回路ではなく、飽和状態を使用して、スイッチの制御を
しているような形になります。

CMOS、FET、トランジスタに関する深い説明は省略します。

> 2.コンピューターはデシタルデータを扱いますが、電気信号がonの時は1で、
> offの時は0と認識しているのでしょうか。

まず、何を１と定義するかです。on のような正の状態を １と定義する考え方を
正論理、off のような負の状態を １と定義するのを負論理といいます。

一般に、データやアドレスそのものを示すものは、1,0 ともに意味を持つので
正論理で設計されます。何かの状態を示すもの、例えばデバイスの準備ができた
状態や、リセットの状態を示すといった信号には負論理が用いられます。

これは、歴史的に電気信号が負の状態のほうが安定していたことに由来します。

やみくもに 電気的に正の状態が１をあらわすというのは間違いです。

回路図の信号名などに ~,#,* がついていたり、名前にオーバーラインが
引いてあるのは負論理を示すのが通例です。

次に、何を持って、正の状態・負の状態とするのかですが、
いくつかの考え方があります。

1. On と Off
これは、On→接続されている、Off→接続されていない（絶縁状態）で、豆電球の
回路などからすると、On は電球が光るので、正の状態のようですが、
電気の論理回路では、On→GNDなどに接続する つまり 負の状態 になります。
Offはハイインピーダンス（絶縁状態）です。通常は信号を安定化させる回路
プルアップ抵抗などを追加させます。

オープンドレイン回路やオープンコレクタ回路とよばれます。

ISAバスの制御線やマザーボード上の制御線(の一部)に使われる技術です。

2. 0V と 電源電圧 (5Vや 3.3V) 電位を見るもの
TTL IC や CMOS IC などで使用されるものです。
0.8V 以下を負、2V 以上を正 とか 電源電位のおよそ中間の電位を堺に
正負に分けたりします。

ISAやPCIバス、CPUでいうと 486 の頃まで使用された技術です。
マザーボード上の雑多な回路はほとんどこの技術で制御されています。

CPU内部やメモリ内部の制御などもこの技術（のはず）です。
（電源電位は2V 以下の非常に低いものになっています）

3. 基準電圧よりも高いか低いか
ある基準電圧(Reference Voltage) よりも高いか低いかでみるもの
Pentium のころのホストバス、DDR以降のメモリなどに使用されている技術です。

4. ２つの組み(+,-)信号線の電位差 (差動回路)
２つの組みの信号線で１つの状態を示します。+側の信号線が-側の信号線よりも
電位が高ければ 正、逆ならば負。（実際はもう少し複雑なのですが、わかりやすく
してあります）
Pentium 3の頃？（うろ覚えです）以降のホストバス、USB、PCI Express、SATA、
DVI(のデジタル部分),LCD、ほとんどのクロック信号などに使用される技術です。

蛇足ですが、USB は 上記 2. の状態と 4. の状態を複合させて信号の正負を判断
しています。USB3.0 で拡張された４本の信号線は、上記 4 の技術です。

5. 上記 4. の派生型ですが、電位差で 正負の２値ではなく、
複数値をとるようにしたもの。
GbE (ギガビットイーサネット）などに使われる技術です。

これ以外にも、一昔前のスーパーコンピュータなどは違った技術を使用していた
はずですが、記憶にないので割愛します。

100MHz の周期は 10nSec で電気信号がおよそ 3m 伝わります。
1GHz では 1nSec で およそ30cm です。これだけしか電気信号が伝わらないなかで、
時間的にも正負の状態的にもブレずに正確に情報をやり取りし、加工する技術は
本当に驚異的です。

お礼

詳細な回答、ありがとうございます。
自分は勉強不足だなと痛感しました。

回答No.3

noname#160321

認識はしてないよ。
認識してたら壊したら殺人罪。
「処理」してるだけだよ。

お礼

返信ありがとうございます。

回答No.2

KEN_2

オンかオフを1か0に定義して処理しています。
例えば、5Vを「1」でオン、0Vを「0」でオフと判断させます。

>1.トランジスタが関係しているのでしょうか。もしそうならどのような
>原理で動作しているのでしょうか。
トランジスタは増幅素子で信号を増幅させる働きがありますが、信号を
大きくするとスイッチ素子として動作する特性を使っています。

>2.コンピューターはデシタルデータを扱いますが、電気信号がonの時は1で、
>offの時は0と認識しているのでしょうか。
その通りです。

お礼

返信ありがとうございます。

回答No.1

山田 太郎（@testman199）

電圧です
1V以上なら1、0.3V以下なら0、間は不定とか

お礼

返信ありがとうございます。