こんにちは、インフラエンジニアです。

最近低レイヤー系技術の動画をよく眺めているのですが、先日以下のような動画をYouTubeで見つけました。
『コンピュータメモリー（RAM）の仕組み』
https://www.youtube.com/watch?v=SSjeGjhwBo0
※興味のある方は見てみて下さい。

この動画での解説の通り、RAMの入出力はNAND演算を用いた論理回路であるNANDゲートによって、電気的な信号を解釈し、データのbitを定義しています。
つまり、この処理が物理と論理の境界になります。

動画の中ではNANDゲートの入出力がかなり分かりやすく図解されています。

そこでふと、自身でビットを入力するような形でRAMのNANDゲートを体感できるようなものができたら面白そうだと思ったので、C言語で再現してみようと思います。

とりあえず今回はNAND演算する処理を作るとこまで。

関数

定義した関数は以下の通り

入力したbitを受け取る関数

入力したbitを受け取る+入力値に誤りがないかのチェック

int get_bit(const char* prompt)
{
	int bit;

	while (1)
	{
		printf("%s: ", prompt);


		if (scanf_s("%d", &bit) != 1)
		{


			if (getchar() == '\n')
			{
				printf("ERROR\n");
			}
			else
			{
				while (getchar() != '\n');

			}

			continue;
		}

		if (bit == 0 || bit == 1)
		{
			return bit;
		}

		else
		{
			printf("ERROR\n");
			while (getchar() != '\n');

		}
	}
}

NAND演算を行う関数

条件処理でNAND演算を行う

int get_NAND(int a, int b)
{
	if (a == 0 && b == 0)
	{
		return 1;
	}

	if (a == 1 && b == 0)
	{
		return 1;
	}

	if (a == 0 && b == 1)
	{
		return 1;
	}

	if (a == 1 && b == 1)
	{
		return 0;
	}

	else
	{
		printf("ERROR");
		return -1;
	}
}

※本当は↓のように書けるかなと思ったけど、何故かうまくいかなかった。

int get_NAND(int a, int b)
{
    return !(a && b); //こちらの方が簡潔
}

コード全様

先述のユーザー定義関数の戻り値を使って、NAND演算の結果を出力してくれます。

#include<stdio.h>

int get_bit(const char* prompt)
{
	int bit;

	while (1)
	{
		printf("%s: ", prompt);


		if (scanf_s("%d", &bit) != 1)
		{


			if (getchar() == '\n')
			{
				printf("ERROR\n");
			}
			else
			{
				while (getchar() != '\n');

			}

			continue;
		}

		if (bit == 0 || bit == 1)
		{
			return bit;
		}

		else
		{
			printf("ERROR\n");
			while (getchar() != '\n');

		}
	}
}

int get_NAND(int a, int b)
{
	if (a == 0 && b == 0)
	{
		return 1;
	}

	if (a == 1 && b == 0)
	{
		return 1;
	}

	if (a == 0 && b == 1)
	{
		return 1;
	}

	if (a == 1 && b == 1)
	{
		return 0;
	}

	else
	{
		printf("ERROR");
		return -1;
	}
}
int main()
{
	int bit_00 = get_bit("ビットを入力 bit_00");
	int bit_01 = get_bit("ビットを入力 bit_01");
		printf("bit_00 = %d \n", bit_00);
		printf("bit_01 = %d \n", bit_01);

		int NAND_00 = get_NAND(bit_00, bit_01);
		printf("NAND(%d, %d) = %d\n", bit_00, bit_01, NAND_00);
		return 0;
}

動作確認

正常に動けばこんな感じ

入力値が正しくないとき

今回は入力値に対して1ビット分のNAND演算の結果を出力するところまでコード化しました。
次回はこれらの処理を組み合わせて、RAMのNANDゲートで行われている処理を再現したいと思います。