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2.1 基本論理ゲートとCMOS構成
本節では、論理回路の最小単位である 基本ゲート（AND, OR, NOT） について学びます。
それぞれの論理式、真理値表、回路記号、CMOS構成を対応付けて理解し、MOSトランジスタがどのように論理動作を実現しているかを明らかにします。
🔹 NOT（インバータ）
論理式：
$Y = \overline{A}$
真理値表：
| A | Y |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
回路記号：
CMOS構成：
- pMOS（上）：A = 0 のとき ON → VDD を出力に接続
- nMOS（下）：A = 1 のとき ON → 出力を GND に接続
出力ノードは、pMOSとnMOSのドレインが接続された中点。Aの値に応じて、VDDかGNDのどちらか一方に導通します。
🔹 ANDゲート
論理式：
$Y = A \cdot B$
真理値表：
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
回路記号：
CMOS構成（NAND + NOT）：
- CMOSでは、ANDゲートは通常 NANDゲート＋インバータで構成されます。
- NAND構成：
- pMOS並列／nMOS直列で出力がNAND動作（＝ANDの否定）
- 最後に NOT を接続して、NAND出力を再度反転し、AND動作を得ます。
🔹 ORゲート
論理式：
$Y = A + B$
真理値表：
| A | B | Y |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
回路記号：
CMOS構成（NOR + NOT）：
- ORゲートは、NORゲート＋インバータで構成されることが一般的です。
- NOR構成：
- pMOS直列／nMOS並列で出力がNOR動作（＝ORの否定）
- 最後に NOT を接続して、OR動作を得ます。
✅ まとめ
- 基本ゲート（NOT, AND, OR）は、論理式・真理値表・回路図・CMOS構成の観点から統一的に理解できます。
- CMOS設計では、NAND / NOR が基本構成として使われ、他のゲートはインバータとの組合せで構成されることが多いです。
- CMOS構成の物理的意味（nMOS直列＝AND的、pMOS並列＝OR的）を意識することで、回路の挙動理解が深まります。
📎 次節：2.2_nand_nor_xor.md