デマルチプレクサ

2025年10月19日

デマルチプレクサ

英語表記: Demultiplexer

概要

デマルチプレクサ（Demultiplexer、略称：DMUX）は、デジタル回路における重要な機能ブロックであり、たった一本の入力信号を、複数の出力線の中から選択されたただ一本の線へ振り分ける役割を持つ論理回路です。これは「信号の分配器」として機能し、データや制御信号を特定の宛先にルーティングするために使用されます。
私たちが学んでいる「論理回路とゲート」の分野において、デマルチプレクサは、入力信号の行き先を制御する「選択と変換」を行う組合せ回路の代表格の一つに位置づけられています。

詳細解説

デマルチプレクサの役割は、デジタルシステム内でデータの流れを効率的に制御し、一本の通信路を共有する複数の受信側デバイスに対し、必要なデータを選択的に送り届けることにあります。

目的と組合せ回路としての位置づけ

デマルチプレクサは、その出力が現在の入力信号（データD）と選択線（アドレスS）の状態のみによって決定されるため、「組合せ回路」に分類されます。過去の履歴や記憶に左右されず、入力変化に対して即座に出力が確定するという特性を持っています。

特に、「選択と変換」というカテゴリにおいて、デマルチプレクサは以下の機能を提供します。
1. 選択機能: 選択線（S）に入力されたアドレス情報に基づいて、どの出力線を使うかを決定します。
2. 変換・分配機能: 入力されたデータDを、選択された経路を通じて正確に分配し、他の経路への誤った信号の流出を防ぎます。

このように、データの経路を「選択」し、その情報を特定の出力先へ「変換」（ルーティング）しているため、この分類は非常にしっくりきますね。

主要コンポーネントと動作原理

デマルチプレクサは基本的に以下の3種類の線で構成されています。

データ入力線 (D): 実際に送りたい情報（デジタル信号）が入る線です。必ず一本です。
選択線 (S): 出力先を指定するアドレス情報が入る線です。選択線の本数を$N$とすると、最大$2^N$通りの出力先を指定できます。
出力線 (O): 信号が出ていく線で、選択線の本数に応じて$2^N$本用意されます。

動作の核心は、選択線Sによって指定されたアドレスに対応するただ一つの出力線にのみ、入力データDの値がそのまま出力される点にあります。他の選ばれていない出力線は、回路の安定性を保つために通常「0」の状態（非活性）に固定されます。

例えば、2本の選択線（S1, S0）を持つ「1対4デマルチプレクサ」の場合、選択線が「10」（S1=1, S0=0）を指定すると、入力データDは3番目の出力線（O2）にのみ現れます。これは、内部で入力Dと選択線の否定形や肯定形を組み合わせた複数のANDゲートを使って実現されており、論理回路の基本が凝縮された非常に巧妙な仕組みだと感じます。このシンプルな構造が、デジタルシステムの複雑なデータ制御を可能にしているのです。

具体例・活用シーン

デマルチプレクサの機能は、一見地味ですが、デジタルシステム全体の効率と信頼性を高める上で欠かせないものです。

1. 通信システムの経路制御

通信システムでは、一本の高速な通信路を複数の受信機が共有するケースが多々あります。送信側でマルチプレクサを使ってデータを束ねた後、受信側ではデマルチプレクサを使って、この高速なデータストリームから、個々の受信機が必要とするデータを選び出して分配します。これにより、限られた資源である通信路を最大限に活用できるわけです。

2. マイクロプロセッサのアドレスデコーディング

コンピュータのCPUがメモリや周辺機器とやり取りする際、CPUは「このアドレスに書き込む/読み出す」という指示を出します。このアドレス情報はデマルチプレクサの選択線に入力されます。DMUXは、このアドレスに対応する特定のメモリバンクやI/Oポートの制御線だけを活性化させます。この精密な選択機能があるおかげで、データが意図しない場所に書き込まれることなく、システムが安定して動作するのです。