ロックストレージとは#
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ロックストレージ（英語：latch）、またはラッチは、デジタル回路における非同期タイミングロジック回路システムで情報を保存するための電子回路の一種です。ロックストレージは 1ビットの情報を保存でき、通常は複数が一緒に存在し、一部には「4 ビットロックストレージ」（4 ビットを保存できる）や「8 ビットロックストレージ」（8 ビットを保存できる）などの特別な名前があります。
ロックストレージは、単一ビット情報を保存し、その値を新しい入力信号で更新されるまで保持するデジタル回路です。デジタルシステムでは、二進情報を保存するための一時的なストレージ要素として使用されます。ロックストレージは、AND、OR、NOT、NAND、NOR ゲートなど、さまざまなデジタルロジックゲートを使用して実現できます。
ロックストレージは、信号レベル（信号変換ではなく）を使用して操作される基本的なストレージ要素です。クロック変換によって制御されるロックストレージは、フリップフロップです。ロックストレージはレベル感度デバイスです。非同期タイミング回路の設計において、ロックストレージは非常に便利です。入力電圧に敏感で、クロックパルスに依存しません。クロックパルスを使用しないフリップフロップはロックストレージと呼ばれます。
なぜロックストレージは情報を保存できるのか？#
フィードバックメカニズムは、ロックストレージが情報を保存する能力の核心です。これはロックストレージが「現在の状態」を「記憶」する方法です。
図では、NAND ゲート（Q と Q̅、「Q バー」と読む）の出力がどのように別のゲートにフィードバックされて入力として使用されているかに注意してください。これにより、フィードバックループが形成されます。上の図のように：
S' = 0、R' = 1 のとき、SR ロックストレージはセットされ、Q = 1、Q' = 0 になります。この時、S' を S' = 1 に切り替えても、ボトム NAND のフィードバック入力が存在するため、トップ NAND の出力は依然として 1 であり、Q は依然として 1、Q' は依然として 0 であり、特定の条件下（S と R が両方とも 0）の状態をロックすることが実現されます。
このループは「セット」状態を保持できます。「S」入力が変化しても、「R」が 0 のままであれば、ロックストレージはその状態を保持します。ロックストレージが「リセット」状態（Q = 0、Q̅ = 1）のときも、同様の原理が適用されます。フィードバックループは出力を安定させ、最後の有効入力を反映します。
したがって、ロックストレージが信号を保存するための重要なメカニズムはフィードバックです：
- ロックストレージの出力はフィードバックパスを介して入力に接続されており、これにより入力信号が切断されても出力状態を保持できます。
ロックストレージの種類#
デジタル電子技術には、さまざまな種類のロックストレージがあります：
- SR ロックストレージ
- ゲート付き SR ロックストレージ
- D ロックストレージ
- ゲート付き D ロックストレージ
- JK ロックストレージ
- T ロックストレージ
SR ロックストレージ#
wiki:
最も単純なロックストレージは「SR ロックストレージ」（または「RS ロックストレージ」とも呼ばれる）で、「S」は「セット」（Set）を、「R」は「リセット」（Reset）を表します。このロックストレージは、一対の相互に交差するNANDロジックゲートで構成されています。保存されるビットは出力の場所で Q で表されます。
S-R ロックストレージ（すなわちセット - リセットロックストレージ）は、2 つの入力を介して実現される最も単純なロックストレージ形式です：S（セット）と R（リセット）。S と R の入力が両方とも 1 のとき、ロックストレージは未定義状態にあります。これらはプレセットおよびクリア状態とも呼ばれます。SR ロックストレージは、他のすべてのタイプのフリップフロップの基本構成要素です。
SR ロックストレージの真理値表：
NAND を使用して実現された SR ロックストレージ：
D ロックストレージ#
D 型ロックストレージは透明ロックストレージとも呼ばれ、2 つの入力端子：D（データ）とクロック信号を使用して実現されます。クロック信号が高レベルである限り、ロックストレージの出力はD 端の入力に従います。クロック信号が低レベルになると、ロックストレージの出力は保存され、次のクロックの立ち上がりまで保持されます。
ロックストレージの利点と欠点#
利点#
ロックストレージの利点のいくつかは以下の通りです。
- 実装が簡単: ロックストレージは、基本的なdigital logicゲートを使用して簡単に実装できるシンプルなデジタル回路です。
- 低消費電力: ロックストレージは、フリップフロップなどの他の順序回路と比較して、消費電力が少ないです。
- 高速: ロックストレージは高速度で動作でき、高速デジタルシステムでの使用に適しています。
- 低コスト: ロックストレージは製造コストが低く、低コストのデジタルシステムで使用できます。
- 多用途: ロックストレージは、データストレージ、制御回路、フリップフロップ回路など、さまざまなアプリケーションに使用できます。
欠点#
ロックストレージの欠点のいくつかは以下の通りです。
- クロックなし: ロックストレージには動作を同期させるためのクロック信号がなく、その動作が予測不可能になります。
- 不安定な状態: ロックストレージは、両方の入力が 1 のときに不安定な状態に入ることがあります。これにより、デジタルシステムで予期しない動作が発生する可能性があります。
- 複雑なタイミング: ロックストレージのタイミングは複雑で指定が難しく、リアルタイム制御アプリケーションにはあまり適していません。