ANDゲートガイド

単純な電源、導体、負荷を超える回路では、通常、何らかの形でスイッチングが行われ、ユーザーがそれをオン・オフすることができます。しかし、回路が複雑になるにつれ、ある程度の論理が動作に組み込まれます。つまり、回路のオンとオフの切り替えは、2つ以上の条件が揃ったときにのみ行われます。これらの条件には、ボタンが押された、センサーが電圧を発信した、別の回路が動作している、などが含まれます。すべての条件が満たされない限り、デバイスやプロセスは動作しません。このような論理ゲートを回路に組み込むことで、人間に頼らずに入力条件が満たされない限り、デバイスやプロセスが動作しないようになります。

この形式の論理スイッチングが、初期のコンピューターや計算機の基盤となりました。初期のハードウェアは、かさばり、電力を消費するバルブや真空管でしたが、これらはやがてトランジスタ、そしてシリコンチップに取って代わりました。しかし、あらゆる工学的な作業において、このような自動スイッチの必要性は依然としてあり、そのために自己完結型のロジック・ゲートが提供されています。

ロジック・ゲートにはいくつかの形式がありますが、最も一般的なのはAND、OR、NOR、NAND（NOT-AND）、XOR（排他的論理和）です。この記事ではANDゲートに焦点を当てます。

ANDゲートの "AND" は略語のように見えるかもしれませんが、文字通り英語の "and" であり、慣例により大文字で表記されています。回路におけるANDゲートの役割は、2つの条件が両方とも「オン」、「真」、または「1」の状態にあるとき、回路をオンに切り替えるか、または回路を迂回させることです。

2入力ANDゲートは以下の真理値表で動作し、ここで1は「オン」または電圧が存在することを意味し、0は「オフ」を意味します。

入力 A	入力 B	出力
0	0	0
1	0	0
0	1	0
1	1	1

表1: AND 論理ゲート真理値表

ここで見ていただける通り、4つの異なる条件が存在していますが、出力が1になるのはAとBがともに1の場合だけです。もし、2つのボタンとANDゲートがランプに接続された回路を想像すると、そのランプは両方のボタンが同時に押された場合にのみ点灯します。一方のボタンが離されると、または両方のボタンが離されると、ランプは消灯します。

2つ以上の入力を持つANDゲート

2つ以上の入力を持つANDゲートも存在します。先述の例では、2つの入力（条件）を使用して出力がオンかオフかを決定しています。しかし、入力が3つ、4つ、あるいはそれ以上のANDゲートもあります。それらのゲートが1を出力するには、すべての入力が1の状態にある必要があります。3入力ANDゲートの真理値表は次の通りです：

入力A	入力B	入力C	出力
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	0
0	1	1	0
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	1

表* 2: ３つの入力を持つANDゲートの真理値表*

3つの入力からは8つの潜在的な入力状態がありますが、そのうちただ1つ、つまり(1, 1, 1)の場合のみが1を出力します。4つまたは5つの入力を持つANDゲートの真理値表はおそらく想像できるでしょうので、ここでは再現しません。基本的には、それらの真理値表でも出力が1になるためにはすべての入力が1である必要があります。

元々、ANDゲートは真空管、そして後にトランジスタで構築され、それらが回路内で基準、コレクター、エミッターのリードを持ち、論理シーケンスを設定していました。特定の条件が満たされると、つまりトランジスタを通じて小さな信号電圧が通過すると、トランジスタはコレクターからエミッターへの電圧通過を許可し、それによって回路を形成します。

時が経ち、技術の進歩により部品のミニチュア化が可能になりました。今では、単一の電子部品として利用可能なシンプルなANDゲートがあり、これは要件に従って回路基板に取り付けられます。論理ゲートにはTTL（Transistor-Transistor Logic）とCMOS（Complementary Metal-Oxide-Silicon）の2つのタイプがあります。