Dフリップフロップ（Data ラッチ）

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Dフリップフロップとは

Dフリップフロップとは、クロック（＝一定間隔で0と1を繰り返す合図の信号）のタイミングで、入力Dの値をそのまま記憶する回路のことです。データ（Data）の頭文字をとってD型と呼びます。

身近な例で考えると、カメラのシャッターに似ています。シャッターが切れた瞬間（クロックの合図）の景色（D）だけが写真（Q）として記録され、その後に景色が変わっても写真はそのまま残ります。合図のタイミングだけ値を写し取るのがポイントです。

上のツールで▶ボタンを押すと、Dを変えてもクロックの立ち上がりが来るまでQが変わらず、立ち上がりの瞬間にDの値がQへコピーされる流れをタイムチャートで確認できます。

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クロックエッジでラッチ

Dフリップフロップが値を取り込むのは、クロックの「エッジ（端）」の瞬間だけです。エッジとは信号が切り替わる瞬間のことで、特に0から1へ変わる瞬間を立ち上がりエッジと呼びます（多くのD型はこのタイミングで動きます）。

動作の流れは次のとおりです。
・立ち上がりを待つ：その間にDが変わってもQは反応しない
・立ち上がりの瞬間：そのときのDの値をQにコピー（ラッチ＝かんぬきで固定）
・次の立ち上がりまで保持：Qは取り込んだ値を覚え続ける

このように「Q = D（クロックエッジで更新）」という関係が成り立ちます。決まったタイミングでだけ値を取り込むので、たくさんの回路の足並みをそろえて動かすことができます。上のツールで、立ち上がりの区間だけQが更新される様子を確認してください。

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用途(レジスタ等)

Dフリップフロップは入力が1本（D）だけで値をそのまま記憶できるシンプルさから、コンピュータの中で「データを覚えておく」あらゆる場面で使われます。

代表的な用途は次のとおりです。
・レジスタ：D-FFを複数個横に並べると、数ビットのデータをまとめて保持できる記憶素子（＝レジスタ）になる
・シフトレジスタ：D-FFを数珠つなぎにすると、クロックごとに値を隣へ送れる
・タイミング合わせ：信号をクロックにそろえて取り込み、回路全体の歩調をそろえる

たとえば8ビットのデータを覚えるレジスタは、D-FFを8個横に並べ、同じクロックで一斉に取り込ませて作ります。CPUの内部にあるレジスタも、もとをたどればこのD-FFの集まりです。地味な部品ですが、コンピュータの記憶を支える土台になっています。

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基本情報技術者 練習問題