2026年10月5日シリーズ「コンピュータの部品のしくみ」 第1回読む前に▾

回路が「つなぐ」とは？

机の上の、2 つのボタン

机の上に、小さな穴がびっしり並んだ白い板がある。 ブレッドボードという。 穴に部品の足を差し込むだけで、はんだ付けをしなくても回路が組める。

いま、その上に載っているのは、小さな押しボタンが 2 つと、LED（光る小さな部品）が 1 つ。 電気は、乾電池からとっている。 家のコンセントの電気は、使わない。

ボタンを押すと、LED が点く。 それだけの回路だ。 けれど、このシリーズは、ここから始める。

このサイトのほかのシリーズでは、回路を「AND」「OR」「XOR」と書いた箱を並べて描いてきた。 箱に 0 と 1 を入れると、決まった 0 か 1 が出てくる。 けれど、箱の中に何が入っているのかは、一度も開けていない。 『記憶のしくみ』を読んだ人は、第1回で NOR の箱を 2 つ、たすきがけにつないだのを思い出してほしい。このシリーズは、あの箱の中身の話である。

ほかのシリーズを読んでいなくても、心配はいらない。 AND も OR も、この回で一から作る。 要るのは、小学校の理科で習った、電池と豆電球の回路だけだ。

先に答えを言ってしまうと、箱の中身はスイッチである。 このシリーズでは、指で押すボタンから始めて、少しずつ本物のコンピュータの中身に近づいていく。 机の上の部品も、回を追うごとに入れ替わっていく。

まずは、2 つのボタンをどうつなぐか、から。

1 の線と、0 の線

豆電球を点けたときのことを思い出そう。 電池の＋側から出た導線を豆電球に通し、−側へ戻した。 電気は＋から出て、豆電球を通り抜け、−へ戻る。 輪がどこかで途切れていると、豆電球は点かなかった。

このシリーズでは、電池の＋側につながった線を 1 の線、−側につながった線を 0 の線と呼ぶ。 本物の回路の言葉では、1 の線を電源、0 の線をグラウンドという。名前を出すのは、ここだけにする。

豆電球の代わりに置くのが、LED だ。 1 の線から 0 の線へ、LED を電気が通り抜けると、点く。

1 の線と LED のあいだには、スイッチを入れる。 スイッチには、2 つの状態しかない。 つながっているか、切れているか。 押しボタンなら、押しているあいだはつながり、離すと切れる。

下の図は、電池と押しボタン 1 つ、LED 1 つだけの回路だ。 1 の線をいちばん上に、0 の線をいちばん下に、横に引いてある。 部品は、そのあいだに縦に並べてある。 このシリーズの図は、これからずっとこの形で描く。

1 の線とつながっている線は、緑で塗ってある。 いまは、緑はボタンのところで止まっている。 緑のところまでは「電気が来ている」と思ってよい。

ボタンを押すと、緑がボタンを通り抜けて、LED まで伸びる。 LED が点き、線の上を黄色い粒が流れ出す。 電池の＋から、1 の線、ボタン、LED、0 の線を通って、電池の−まで。 輪がひとつながりになって、電気が通り抜けている道だ。

本物の回路では、LED に電気が流れすぎないように抵抗という部品を 1 つつなぐ。図では省いた。

一列に、並べる

まず、2 つのボタンを一列に並べる。

1 の線 → ボタン A → ボタン B → LED → 0 の線。

1 の線から 0 の線へ抜けるには、A を通り、続けて B を通らなければならない。 こういうつなぎ方を、直列という。

LED が点くのは、どんなときだろう。

A だけを押しても、B が切れている。道は B のところで途切れる。 B だけを押しても、今度は A で途切れる。 両方を押したときだけ、1 の線から 0 の線まで、道がひとつながりになる。

表にしておこう。

これを、押すを 1、押さないを 0、点くを 1、消えるを 0 と書き直す。

LED を 1 と書くのは、ただの略記ではない。 LED が点いているとき、LED の上の端は、ボタンを 2 つ通って 1 の線につながっている。 このシリーズでは、これから「1」を、いつもこの意味で使う。

1 が出てくるのは、入力がどちらも 1 のときだけだ。 この決まりを AND（アンド）という。 英語の and、「〜と〜」「どちらも」である。

押して、確かめる

下のシミュレータで、ボタンを押してみてほしい。 もう一度押すと、離したことになる。

まず、A だけを押す。 緑は A を通り抜けて、B の中の板の先まで伸びる。 そこで止まる。B より下には、色が付かない。

そのまま B も押す。 緑が LED まで届き、LED が点く。 黄色い粒が、1 の線から A、B、LED を通って、0 の線まで流れる。 2 つのボタンを続けて通り抜ける道が、ひとつながりになった。

図の下の表も見てほしい。 押し方を変えると、光る行が動く。 LED が点くのは、いちばん下の行だけである。

ところで、A だけを押したとき、B より下の線には色が付かなかった。 1 の線にはつながっていない。 けれど、0 の線につながっているわけでもない。 これが何を意味するのかは、もう少し先の回で、もう一度考えることにする。

横に、並べる

今度は、2 つのボタンを横に並べる。

1 の線から 2 本に枝分かれして、片方に A、もう片方に B を置く。 2 本は下で合流して、LED を通り、0 の線へ。 こういうつなぎ方を、並列という。

1 の線から 0 の線への道が、2 本ある。 A を通る道と、B を通る道だ。 どちらか 1 本でもつながれば、電気は LED まで届く。

A だけを押してみてほしい。 LED が点く。 黄色い粒は A の道を流れ、B の枝には流れていない。

B だけでも点く。両方押しても点く。 消えるのは、どちらも押していないときだけだ。

1 が出てくるのは、入力のどちらかが 1 のときだ。 この決まりを OR（オア）という。 英語の or、「〜か〜」「どちらか」である。

ふだんの言葉の「どちらか」は、「片方だけ」の意味で使うこともある。 OR は違う。両方とも 1 でも、1 を出す。 両方押しても、道が 2 本ともつながるだけで、LED が消える理由はない。

シミュレータの上のつまみで「一列に並べる」に切り替えて、同じ押し方のまま比べてみてほしい。 部品は、同じ。ボタン 2 つと LED 1 つ。 変えたのは、並べ方だけだ。 それだけで、「どちらも」が「どちらか」に変わる。

スイッチのつなぎ方が、そのまま論理になる。 一列に並べれば「どちらも」、横に並べれば「どちらか」。

AND や OR のように、0 と 1 を受け取って、決まった 0 か 1 を返す部品を、ゲートという。 ほかのシリーズの回路図に並んでいた箱は、どれもゲートだ。 その中では、スイッチが一列に、あるいは横に並んでいる。

このことに気づいて、きちんと書き表した人がいる。 1938 年、アメリカの電気工学の論文誌に、「リレーとスイッチの回路の記号による分析」（A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits）という論文が載った。 書いたのは、MIT（マサチューセッツ工科大学）の大学院生だったクロード・シャノン。自分の修士論文をもとにしたものだ。

シャノンは、スイッチをつないだ回路のふるまいが、「〜と〜」「〜か〜」を扱う論理の計算（ブール代数という）と、同じ形の決まりで書けることを示した。 だから、回路を組む前に、紙の上の計算で回路を考えられる。 題名にある「リレー」は、次回の主役になる部品である。

階段の照明

もう 1 つ、身近なつなぎ方を見ておこう。

2 階建ての家の階段には、上にも下にも照明のスイッチがあることが多い。 どちらのスイッチでも、同じ照明を点けたり消したりできる。 これを 3 路スイッチ（さんろスイッチ）という。

中身は、押しボタンとは少し違う。 つながる先が 2 つあって、倒した向きで、どちらか一方につながる。 切り替えスイッチと呼ぶことにしよう。

2 つの切り替えスイッチのあいだは、2 本の線で結んである。 2 階のスイッチも、1 階のスイッチも、2 本のうちどちらを使うかを選ぶ。 2 つが同じ線を選んだときだけ、1 の線から 0 の線まで道がひとつながりになり、照明が点く。

シミュレータでは、照明の代わりに LED を置いた。

どの状態からでも、どちらのスイッチを倒しても、LED は反転する。 2 階で点けて、1 階で消せる。

それぞれのスイッチで、はじめの向きを 0、倒した向きを 1 とすると、表はこうなる。

1 が出てくるのは、2 つの入力が食い違っているときだけだ。 この決まりを XOR（エックスオア）という。 OR と似ているが、両方とも 1 のときは 0 になる。

どちらの向きを 0 と呼ぶかは、決め方しだいだ。 ここでは、両方 0 のときに消えているように決めた。 決め方を変えれば、「向きがそろっているときに点く」と読むこともできる。 どちらに読んでも、「どちらを倒しても反転する」ことは変わらない。

『記憶のしくみ』を読んだ人は、第2回の「階段のスイッチと、何が違うのか」を思い出してほしい。あそこでは、階段の照明を XOR の箱 1 つで描いた。その箱の中身が、これだ。

押したら、消える

ここまでで使ったスイッチを、表にしておこう。

押しボタンは、押された形、離された形のまま止まっているだけなら、それ自体は電気を使わない。 「？」の欄は、まだ分からない。後の回で埋める。 この表は、これから回を追うごとに、1 行ずつ伸ばしていく。

さて、押しボタンを並べて、AND と OR ができた。 階段のスイッチで、XOR もできた。

けれど、押しボタンを 1 の線と 0 の線のあいだにどう並べても、作れないものがある。

押したら、消える。

ボタンを押すと LED が消え、離すと点く。入力の 1 と 0 を、反対にして返す。 このボタンは、押すとつながる。 押すたびに、道は増えることはあっても、減ることはない。 だから、どう並べても、ボタンを押して LED が消えることは決してない。

それに、もう 1 つ、気になることがある。 押しているのは、いつも人の指だ。

ゲートの答えは、たいてい、次のゲートへの入力になる。 前のゲートの答えで、次のゲートのスイッチを押さなければならない。 コンピュータの中で、それを指でやるわけにはいかない。

スイッチを、電気で押すことはできないか。

次回は、そのための部品を机の上に置く。

参考文献

• 松下俊介 著. 基礎からわかる論理回路. 第2版, 森北出版, 2021.7. 978-4-627-82842-1. https://ndlsearch.ndl.go.jp/books/R100000002-I031573740
• 馬場敬信 著. 算数で読み解くコンピュータのしくみ, 技術評論社, 2022.8. 978-4-297-12960-6. https://ndlsearch.ndl.go.jp/books/R100000002-I032268791
• チャールズ・ペゾルド 著 ; 酒匂寛 訳. CODE : コードから見たコンピュータのからくり. 第2版, 日経BP, 2024.2. 978-4-296-08024-3. https://ndlsearch.ndl.go.jp/books/R100000002-I033318457
• Claude E. Shannon. "A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits". Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, Vol. 57, No. 12, pp. 713–723, 1938. https://doi.org/10.1109/T-AIEE.1938.5057767, (参照 2026-10-5).
• Claude Elwood Shannon. "A symbolic analysis of relay and switching circuits". Thesis (M.S.), Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering. DSpace@MIT. https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/11173, (参照 2026-10-5).
• パナソニック. "3路スイッチの意味・解説・呼称". TERASU辞書, Panasonic. https://www2.panasonic.biz/jp/terasu/skill/dictionary/threewayswitch.html, (参照 2026-10-5).