ลอจิกนอตเกต ถูกแทนด้วยเครื่องหมายใด เฉลย แบบฝึกหัด ลอจิกเกต ลอจิกเกต มีอะไรบ้าง วงจรลอจิกเกต ลอจิกเกต มีกี่ชนิด ลอจิกเกต ตารางความจริง ลอจิกเกตพื้นฐาน ลอจิกเกตเมื่อนำมาแสดงด้วยตัวเลข ใช้เลขฐานใดในการแสดงค่า

เครื่องหมายบวก + ใช้แทนด้วยลอจิกเกตชนิดใด

ตรรกะ (Logic) หมายถึง เหตุผลที่ใช้ในการแก้ไขปัญหาต่างๆ เกี่ยวกับการใช้คอมพิวเตอร์ความรู้ทางด้านตรรกะเป็นพื้นฐานของการทำความเข้าใจเกี่ยวกับการทำงานของคอมพิวเตอร์และการปฏิบัติงานร่วมกับคอมพิวเตอร์ เนื่องจากทั้งระบบซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์จะทำงานสัมพันธ์กับความรู้ทางด้านตรรกะ ดังนั้น ผู้ที่จะทำการเขียนโปรแกรมหรือทำงานร่วมกับระบบคอมพิวเตอร์จึงต้องทำความเข้าใจกับความรู้ทางด้านตรรกะ

ตัวดำเนินการ
ตัวดำเนินการ (Operator) คือ เครื่องหมายการกระทำที่ใช้สำหรับบอกการกระทำระหว่างตัวถูกดำเนินการ ตัวดำเนินการOperand อาจเป็นการกระทำระหว่างตัวถูกดำเนินการ 2 ตัว หรือ 1 ตัว ขึ้นอยู่กับตัวดำเนินการ ตัวดำเนินการในระบบคอมพิวเตอร์มีดังนี้

ตัวดำเนินการทางคณิตศาสตร์
ตัวดำเนินการหรือเครื่องหมายการกระทำทางคณิตศาสตร์ สำหรับการคูณ การหาร การหารโดยคิดเฉพาะจำนวนเต็มและการหารโดยเฉพาะเศษ ต้องใช้กับตัวถูกดำเนินการจำนวน 2 ตัวสำหรับใช้ในการกระทำ สำหรับเครื่องหมายการบวกและเครื่องหมายการลบ สามารถใช้ได้กับทั้งตัวถูกดำเนินการจำนวน 1 หรือ 2 ตัว ตัวอย่างของกรณีที่มีตัวดำเนินการจำนวน 2 ตัว เช่น 3+1 , 8-2 เป็นต้น กรณีที่ตัวถูกดำเนินการจำนวน 1 ตัว เช่น +3 ,-5 เป็นต้น ใช้ในกรณีสำหรับการบอกว่าค่านั้นเป็นค่าบวกหรือค่าลบ

ประตูตรรกะเป็นที่เงียบสงบรูปแบบของการคำนวณหรือทางกายภาพอิเล็กทรอนิกส์อุปกรณ์การใช้ฟังก์ชั่นบูลีนเป็นตรรกะการทำงานดำเนินการอย่างใดอย่างหนึ่งหรือมากกว่าไบนารีปัจจัยการผลิตที่ผลิตเอาท์พุทไบนารีเดียว ขึ้นอยู่กับบริบทคำศัพท์อาจหมายถึงลอจิกเกตในอุดมคติซึ่งมีเวลาเพิ่มขึ้นเป็นศูนย์และพัดลมเอาต์ไม่ จำกัดหรืออาจหมายถึงอุปกรณ์ทางกายภาพที่ไม่เหมาะ[1] (ดูการเลือกใช้ในอุดมคติและจริง แอมป์เพื่อเปรียบเทียบ)

ประตูลอจิกจะดำเนินการในขั้นต้นโดยใช้ไดโอดหรือทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นสวิทช์อิเล็กทรอนิกส์แต่ยังสามารถสร้างขึ้นโดยใช้หลอดสูญญากาศ , แม่เหล็กไฟฟ้ารีเลย์ ( ตรรกะรีเลย์ ) ตรรกะ fluidic , ตรรกะนิวเมติก , เลนส์ , โมเลกุลหรือแม้กระทั่งกลองค์ประกอบ ด้วยการขยายสัญญาณลอจิกเกตสามารถเรียงซ้อนในลักษณะเดียวกับที่ฟังก์ชันบูลีนสามารถประกอบได้ทำให้สามารถสร้างแบบจำลองทางกายภาพของตรรกะบูลีนทั้งหมดได้ดังนั้นอัลกอริทึมและคณิตศาสตร์ทั้งหมดที่สามารถอธิบายได้ด้วยตรรกะบูลีน

วงจรตรรกะรวมถึงอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่นmultiplexers , ลงทะเบียน , หน่วยคำนวณและตรรกะ (ALUs) และหน่วยความจำคอมพิวเตอร์ทุกทางผ่านที่สมบูรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์ซึ่งอาจมีมากกว่า 100 ล้านประตู ในทางปฏิบัติที่ทันสมัย, ประตูส่วนใหญ่จะทำจากMOSFETs (โลหะออกไซด์สารกึ่งตัวนำฟิลด์ผลทรานซิสเตอร์ )

ประตูลอจิกแบบผสมAND-OR-Invert (AOI) และ OR-AND-Invert (OAI) มักใช้ในการออกแบบวงจรเนื่องจากการสร้างโดยใช้ MOSFET นั้นง่ายกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าผลรวมของแต่ละประตู [2]

ในตรรกะแบบพลิกกลับได้ , ประตู Toffoliถูกนำมาใช้

สมบูรณ์หน้าที่ระบบตรรกะอาจจะประกอบด้วยรีเลย์ , วาล์ว (หลอดสูญญากาศ) หรือทรานซิสเตอร์ ตระกูลลอจิกเกตที่ง่ายที่สุดใช้ทรานซิสเตอร์สองขั้วและเรียกว่ารีซิสเตอร์ - ทรานซิสเตอร์ลอจิก (RTL) ซึ่งแตกต่างจากลอจิกเกตไดโอดธรรมดา (ซึ่งไม่มีองค์ประกอบเกต) ประตู RTL สามารถเรียงซ้อนกันไปเรื่อย ๆ เพื่อสร้างฟังก์ชันลอจิกที่ซับซ้อนมากขึ้น ประตู RTL ถูกใช้ในวงจรรวมยุคแรกๆ สำหรับความเร็วที่สูงขึ้นและความหนาแน่นที่ดีขึ้นตัวต้านทานที่ใช้ใน RTL จะถูกแทนที่ด้วยไดโอดซึ่งส่งผลให้ไดโอด - ทรานซิสเตอร์ลอจิก (DTL) ทรานซิสเตอร์ - ทรานซิสเตอร์ลอจิก (TTL) แล้วแทนที่ DTL เมื่อวงจรรวมมีความซับซ้อนมากขึ้นทรานซิสเตอร์สองขั้วจึงถูกแทนที่ด้วยทรานซิสเตอร์สนามผล ( MOSFET ) ที่มีขนาดเล็กกว่า ดูPMOSและNMOS เพื่อลดการใช้พลังงานให้มากขึ้นการใช้ชิปร่วมสมัยส่วนใหญ่ของระบบดิจิทัลในขณะนี้ใช้ตรรกะCMOS CMOS ใช้อุปกรณ์ MOSFET เสริม (ทั้ง n-channel และ p-channel) เพื่อให้ได้ความเร็วสูงและการกระจายพลังงานต่ำ

ตรรกะขนาดเล็กตอนนี้ใช้นักออกแบบสำเร็จรูปตรรกศาสตร์ประตูจากครอบครัวของอุปกรณ์เช่นTTL 7400 ชุดโดยTexas Instrumentsที่CMOS 4000 ซีรีส์โดยอาร์ซีเอและลูกหลานของพวกเขาเมื่อเร็ว ๆ นี้ ประตูลอจิกแบบฟังก์ชันคงที่มากขึ้นเหล่านี้จะถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งช่วยให้นักออกแบบสามารถบรรจุลอจิกเกตแบบผสมจำนวนมากไว้ในวงจรรวมเดียวได้ ลักษณะการตั้งโปรแกรมภาคสนามของอุปกรณ์ลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้เช่นFPGAทำให้คุณสมบัติ "ยาก" ของฮาร์ดแวร์ลดลง ตอนนี้คุณสามารถเปลี่ยนการออกแบบลอจิกของระบบฮาร์ดแวร์ได้โดยการตั้งโปรแกรมส่วนประกอบบางส่วนใหม่ซึ่งจะทำให้คุณสมบัติหรือหน้าที่ของการใช้งานฮาร์ดแวร์ของระบบลอจิกสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ลอจิกเกตประเภทอื่น ๆ ได้แก่ แต่ไม่ จำกัด เฉพาะ: [3]

ตระกูลลอจิกตัวย่อคำอธิบายตรรกะของไดโอดDLลอจิกไดโอดอุโมงค์TDLเหมือนกับไดโอดลอจิก แต่สามารถทำงานที่ความเร็วสูงกว่า [การยืนยันล้มเหลว ]ตรรกะนีออนNLใช้หลอดนีออนหรือหลอดทริกเกอร์นีออน 3 องค์ประกอบเพื่อใช้ตรรกะลอจิกไดโอดหลักCDLดำเนินการโดยไดโอดเซมิคอนดักเตอร์และแกนเฟอร์ไรต์ขนาดเล็กสำหรับความเร็วปานกลางและระดับพลังงานปานกลาง4Layer Device Logic4LDLใช้ไทริสเตอร์และ SCR เพื่อดำเนินการลอจิกที่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าสูงหรือแรงดันไฟฟ้าสูงลอจิกทรานซิสเตอร์คู่ตรงDCTLใช้ทรานซิสเตอร์สลับระหว่างสถานะอิ่มตัวและสถานะทางลัดเพื่อดำเนินการลอจิก ทรานซิสเตอร์ต้องการพารามิเตอร์ที่ควบคุมอย่างระมัดระวัง ประหยัดเนื่องจากจำเป็นต้องมีส่วนประกอบอื่น ๆ แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดเสียงดังเนื่องจากใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า มักถูกมองว่าเป็นบิดาของตรรกะ TTL สมัยใหม่ตรรกะของโลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์มอสใช้MOSFETs (โลหะออกไซด์สารกึ่งตัวนำฟิลด์ผลทรานซิสเตอร์) พื้นฐานสำหรับประตูมากที่สุดตรรกะที่ทันสมัย ตระกูลลอจิก MOS ประกอบด้วยลอจิก PMOS , ตรรกะNMOS , MOS เสริม (CMOS) และBiCMOS (ไบโพลาร์ CMOS)ตรรกะโหมดปัจจุบันCMLใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อดำเนินการลอจิก แต่การให้น้ำหนักมาจากแหล่งกระแสคงที่เพื่อป้องกันความอิ่มตัวและอนุญาตให้เปลี่ยนได้เร็วมาก มีภูมิคุ้มกันเสียงสูงแม้จะมีระดับตรรกะที่ค่อนข้างต่ำออโตมาตาเซลลูลาร์ควอนตัมQCAใช้ q-bits แบบทันเนลสำหรับการสังเคราะห์บิตลอจิกไบนารี แรงผลักไฟฟ้าสถิตระหว่างอิเล็กตรอนสองตัวในจุดควอนตัมจะกำหนดโครงร่างของอิเล็กตรอน (ซึ่งกำหนดสถานะลอจิกระดับสูง 1 หรือสถานะลอจิกระดับต่ำ 0) ภายใต้โพลาไรซ์ที่ขับเคลื่อนอย่างเหมาะสม นี่คือเทคนิคการสังเคราะห์ตรรกะไบนารีแบบไม่มีทรานซิสเตอร์ไม่มีกระแสและไม่มีการเชื่อมต่อทำให้มีความเร็วในการทำงานที่รวดเร็วมาก

ประตูลอจิกอิเล็กทรอนิกส์แตกต่างกันอย่างมากจากการเทียบเท่ารีเลย์และสวิตช์ พวกมันเร็วกว่ามากกินไฟน้อยกว่ามากและมีขนาดเล็กกว่ามาก (โดยส่วนใหญ่แล้วจะมีค่าเท่ากับหนึ่งล้านตัวขึ้นไป) นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างของโครงสร้างพื้นฐาน วงจรสวิตช์สร้างเส้นทางโลหะต่อเนื่องเพื่อให้กระแสไหล (ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง) ระหว่างอินพุตและเอาต์พุต ประตูตรรกะเซมิคอนดักเตอร์ในมืออื่น ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นสูงกำไร แรงดันไฟฟ้า เครื่องขยายเสียงซึ่งจมกระแสเล็ก ๆ ที่ปัจจัยการผลิตและผลิตแรงดันต่ำความต้านทานที่เอาท์พุท เป็นไปไม่ได้ที่กระแสจะไหลระหว่างเอาท์พุตและอินพุตของลอจิกเกตเซมิคอนดักเตอร์

ข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกประการหนึ่งของตระกูลลอจิกวงจรรวมมาตรฐานเช่นตระกูล 7400 และ 4000 คือสามารถเรียงซ้อนกันได้ ซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตของประตูเดียวสามารถต่อเข้ากับอินพุตของประตูเดียวหรือหลายประตูได้เป็นต้น ระบบที่มีระดับความซับซ้อนที่แตกต่างกันสามารถสร้างขึ้นได้โดยไม่ต้องกังวลอย่างยิ่งจากผู้ออกแบบสำหรับการทำงานภายในของประตูหากพิจารณาข้อ จำกัด ของแต่ละวงจรรวม

เอาต์พุตของประตูเดียวสามารถขับเคลื่อนอินพุตจำนวน จำกัด ไปยังประตูอื่น ๆ ได้เท่านั้นซึ่งเป็นตัวเลขที่เรียกว่า ' ขีด จำกัดพัดลมออก ' นอกจากนี้ยังมีความล่าช้าอยู่เสมอเรียกว่า ' ความล่าช้าในการแพร่กระจาย ' จากการเปลี่ยนแปลงอินพุตของประตูไปจนถึงการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันในเอาต์พุต เมื่อประตูเรียงซ้อนกันความล่าช้าในการแพร่กระจายทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณผลรวมของความล่าช้าแต่ละครั้งซึ่งเป็นผลกระทบที่อาจกลายเป็นปัญหาในวงจรความเร็วสูง ความล่าช้าเพิ่มเติมอาจเกิดขึ้นได้เมื่ออินพุตจำนวนมากเชื่อมต่อกับเอาต์พุตเนื่องจากความจุแบบกระจายของอินพุตและสายไฟทั้งหมดและปริมาณกระแส จำกัด ที่แต่ละเอาต์พุตสามารถให้ได้

ระบบเลขฐานสองถูกขัดเกลาโดยGottfried Wilhelm Leibniz (ตีพิมพ์ใน 1705) ได้รับอิทธิพลจากโบราณฉันชิง 'ระบบเลขฐานสอง s [4] [5]ไลบ์นิซยอมรับว่าการใช้ระบบไบนารีรวมหลักการของเลขคณิตและตรรกะเข้าด้วยกัน

ในจดหมายฉบับปีพ. ศ. 2429 Charles Sanders Peirceอธิบายว่าการดำเนินการเชิงตรรกะสามารถดำเนินการได้อย่างไรโดยวงจรสวิตชิ่งไฟฟ้า [6]ในที่สุดหลอดสูญญากาศก็เปลี่ยนรีเลย์สำหรับการทำงานของลอจิก การดัดแปลงของลีเดอฟอเรสต์ในปี 1907 สามารถใช้วาล์วเฟลมมิ่งเป็นลอจิกเกตได้ ลุดวิกวิตต์เกนสไตน์นำเสนอตารางความจริง 16 แถวในรูปแบบที่ 5.101 ของTractatus Logico-Philosophicus (1921) Walther Botheผู้ประดิษฐ์วงจรบังเอิญได้เป็นส่วนหนึ่งของรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1954 สำหรับประตู AND อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่แห่งแรกในปีพ. ศ. 2467 Konrad Zuseได้ออกแบบและสร้างประตูลอจิกไฟฟ้าสำหรับคอมพิวเตอร์Z1 (ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2478 ถึง พ.ศ. 2481)

ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2477 ถึง พ.ศ. 2479 วิศวกรของNEC Akira Nakashima ได้แนะนำทฤษฎีวงจรสวิตชิ่งในชุดเอกสารที่แสดงให้เห็นว่าพีชคณิตบูลีนสองมูลค่า ซึ่งเขาค้นพบโดยอิสระสามารถอธิบายการทำงานของวงจรสวิตชิ่งได้ [7] [8] [9] [10]งานของเขาถูกอ้างถึงในเวลาต่อมาโดยClaude E. Shannonซึ่งอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับการใช้พีชคณิตบูลีนในการวิเคราะห์และออกแบบวงจรสวิตชิ่งในปีพ. ศ. 2480 [9]การใช้คุณสมบัตินี้ของไฟฟ้า สลับไปใช้ตรรกะเป็นแนวคิดพื้นฐานที่รองรับดิจิตอลทั้งหมดอิเล็กทรอนิกส์คอมพิวเตอร์ ทฤษฎีวงจรสวิตชิ่งกลายเป็นรากฐานของการออกแบบวงจรดิจิทัลซึ่งเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในแวดวงวิศวกรรมไฟฟ้าระหว่างและหลังสงครามโลกครั้งที่สองโดยความเข้มงวดทางทฤษฎีแทนที่วิธีการเฉพาะกิจที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ [10]

ลอจิกของโลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) มีต้นกำเนิดจากMOSFET ( ทรานซิสเตอร์สนามผลของโลหะ - ออกไซด์ - เซมิคอนดักเตอร์) คิดค้นโดยMohamed M. AtallaและDawon Kahngที่Bell Labsในปีพ. ศ. 2502 [11] [12]ครั้งแรกพวกเขาแสดงให้เห็นทั้งตรรกะ PMOSและตรรกะNMOSในปีพ. ศ. 2503 [13]ต่อมาทั้งสองประเภทได้ถูกรวมเข้าด้วยกันและดัดแปลงเป็นตรรกะMOS (CMOS) เสริมโดยChih-Tang SahและFrank Wanlassที่Fairchild Semiconductorในปี พ.ศ. 2506 [14]

งานวิจัยที่เกิดขึ้นในลอจิกเกโมเลกุล

สัญลักษณ์

สัญลักษณ์ตัวนับทศวรรษขึ้น / ลง 4 บิตแบบซิงโครนัส (74LS192) ตามมาตรฐาน ANSI / IEEE 91-1984 และ IEC Publication 60617-12

มีสัญลักษณ์สองชุดสำหรับลอจิกเกตพื้นฐานที่ใช้กันทั่วไปทั้งที่กำหนดในANSI / IEEE Std 91-1984 และส่วนเสริม ANSI / IEEE Std 91a-1991 ชุด "รูปทรงที่โดดเด่น" ตามแผนผังแบบดั้งเดิมใช้สำหรับการวาดภาพอย่างง่ายและได้มาจากมาตรฐานทางทหารของสหรัฐอเมริกา MIL-STD-806 ในปี 1950 และ 1960 บางครั้งมีการอธิบายอย่างไม่เป็นทางการว่าเป็น "ทหาร" ซึ่งสะท้อนถึงที่มาของมัน ชุด "รูปทรงสี่เหลี่ยม" ตามมาตรฐาน ANSI Y32.14 และมาตรฐานอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่ได้รับการปรับปรุงในภายหลังโดย IEEE และ IEC มีโครงร่างสี่เหลี่ยมสำหรับประตูทุกประเภทและช่วยให้สามารถแสดงอุปกรณ์ได้หลากหลายกว่าที่เป็นไปได้ในแบบดั้งเดิม สัญลักษณ์ [15]มาตรฐาน IEC, IEC 60617-12 ได้รับการรับรองโดยมาตรฐานอื่น ๆ เช่นEN 60617-12: 1999 ในยุโรปBS EN 60617-12: 1999 ในสหราชอาณาจักรและDIN EN 60617-12: 1998 ในเยอรมนี

เป้าหมายร่วมกันของ IEEE Std 91-1984 และ IEC 60617-12 คือการจัดเตรียมวิธีการที่สม่ำเสมอในการอธิบายฟังก์ชันลอจิกที่ซับซ้อนของวงจรดิจิทัลด้วยสัญลักษณ์แผนผัง ฟังก์ชันเหล่านี้ซับซ้อนกว่าประตู AND และ OR แบบธรรมดา อาจเป็นวงจรขนาดกลางเช่นตัวนับ 4 บิตไปจนถึงวงจรขนาดใหญ่เช่นไมโครโปรเซสเซอร์

IEC 617-12 และตัวต่อ IEC 60617-12 ไม่แสดงสัญลักษณ์ "รูปทรงที่โดดเด่น" อย่างชัดเจน แต่อย่าห้าม [15]อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้แสดงไว้ใน ANSI / IEEE 91 (และ 91a) พร้อมกับหมายเหตุนี้: "สัญลักษณ์รูปทรงที่โดดเด่นเป็นไปตาม IEC Publication 617 ส่วนที่ 12 ไม่เป็นที่ต้องการ แต่ไม่ถือว่าขัดแย้งกัน ตามมาตรฐานนั้น” IEC 60617-12 มีหมายเหตุ (ข้อ 2.1) "แม้ว่าจะไม่เป็นที่ต้องการ แต่การใช้สัญลักษณ์อื่น ๆ ที่ได้รับการยอมรับตามมาตรฐานแห่งชาติอย่างเป็นทางการซึ่งเป็นรูปทรงที่โดดเด่นแทนสัญลักษณ์ [รายการประตูพื้นฐาน] จะไม่ถือเป็น ซึ่งขัดแย้งกับมาตรฐานนี้การใช้สัญลักษณ์อื่น ๆ เหล่านี้ร่วมกันเพื่อสร้างสัญลักษณ์ที่ซับซ้อน (เช่นใช้เป็นสัญลักษณ์ฝังตัว) ไม่แนะนำ " การประนีประนอมนี้เกิดขึ้นระหว่างคณะทำงาน IEEE และ IEC ตามลำดับเพื่ออนุญาตให้มาตรฐาน IEEE และ IEC สอดคล้องกัน

รูปแบบที่สามของสัญลักษณ์, DIN 40700 (1976) อยู่ในการใช้งานในยุโรปและยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในสถาบันการศึกษาในยุโรปดูตารางตรรกะในเยอรมันวิกิพีเดีย

ในช่วงปี 1980, แผนงานเป็นวิธีการที่โดดเด่นในการออกแบบทั้งแผงวงจรไฟฟ้าและวงจรรวมการกำหนดเองที่รู้จักกันเป็นอาร์เรย์ประตู วันนี้ของวงจรรวมที่กำหนดเองและเอฟพีจีเอได้รับการออกแบบโดยปกติจะมีคำอธิบายภาษาฮาร์ดแวร์ (HDL) เช่นVerilogหรือVHDL

ประเภทรูปทรงที่โดดเด่น
(IEEE Std 91 / 91a-1991)ทรงสี่เหลี่ยม
(IEEE Std 91 / 91a-1991)
(IEC 60617-12: 1997)พีชคณิตบูลีนระหว่าง A & Bตารางความจริงประตู 1 อินพุตกันชน

ก{\ displaystyle {A}}ไม่
(อินเวอร์เตอร์)

ก¯{\ displaystyle {\ overline {A}}} หรือ ¬ก{\ displaystyle \ neg A}ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประตู NOT มักเรียกว่าอินเวอร์เตอร์ วงกลมบนสัญลักษณ์เรียกว่าฟองและใช้ในแผนภาพลอจิกเพื่อระบุการปฏิเสธตรรกะระหว่างสถานะตรรกะภายนอกและสถานะตรรกะภายใน (1 ถึง 0 หรือในทางกลับกัน) บนแผนภาพวงจรจะต้องมาพร้อมกับคำสั่งที่ยืนยันว่ากำลังใช้หลักการตรรกะเชิงบวกหรือการประชุมลอจิกเชิงลบ (ระดับแรงดันไฟฟ้าสูง = 1 หรือระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ = 1 ตามลำดับ) ลิ่มใช้ในแผนภาพวงจรโดยตรงบ่งบอกถึงการใช้งานต่ำ (ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ = 1) input หรือ output โดยไม่ต้องมีการประชุมสม่ำเสมอตลอดแผนภาพวงจร นี้เรียกว่าตรงขั้วบ่งชี้ ดู IEEE Std 91 / 91A และ IEC 60617-12 ทั้งฟองและลิ่มสามารถใช้กับสัญลักษณ์รูปทรงที่โดดเด่นและรูปทรงสี่เหลี่ยมบนไดอะแกรมวงจรขึ้นอยู่กับหลักการตรรกะที่ใช้ ในแผนภาพลอจิกบริสุทธิ์มีเพียงฟองสบู่เท่านั้นที่มีความหมายคำสันธานและการตัดกันและ

ก⋅ข{\ displaystyle A \ cdot B} หรือ ก∧ข{\ displaystyle A \ land B}อินพุตเอาท์พุทกขถาม000010100111หรือ

ก+ข{\ displaystyle A + B} หรือ ก∨ข{\ displaystyle A \ lor B}อินพุตเอาท์พุทกขถาม000011101111การปฏิเสธทางเลือกและการปฏิเสธร่วมNAND

ก⋅ข¯{\ displaystyle {\ overline {A \ cdot B}}} หรือ ก↑ข{\ displaystyle A \ uparrow B}อินพุตเอาท์พุทกขถาม001011101110อก+ข¯{\ displaystyle {\ overline {A + B}}} หรือ ก↓ข{\ displaystyle A \ downarrow B}อินพุตเอาท์พุทกขถาม001010100110พิเศษหรือและแบบสองเงื่อนไขXORก⊕ข{\ displaystyle A \ oplus B} หรือ ก⊻ข{\ displaystyle A \ veebar B}อินพุตเอาท์พุทกขถาม000011101110เอาต์พุตของสองอินพุตเอกสิทธิ์ - หรือเป็นจริงก็ต่อเมื่อค่าอินพุตสองค่าแตกต่างกันและเป็นเท็จถ้าค่าเท่ากันโดยไม่คำนึงถึงค่า หากมีอินพุตมากกว่าสองอินพุตเอาต์พุตของสัญลักษณ์รูปทรงที่โดดเด่นจะไม่ได้กำหนดไว้ ผลลัพธ์ของสัญลักษณ์รูปสี่เหลี่ยมจะเป็นจริงหากจำนวนอินพุตที่แท้จริงเป็นหนึ่งหรือตรงกับตัวเลขที่ตามหลังเครื่องหมาย "=" ในสัญลักษณ์ที่กำหนดXNORก⊕ข¯{\ displaystyle {\ overline {A \ oplus B}}} หรือ ก⊙ข{\ displaystyle {A \ odot B}}อินพุตเอาท์พุทกขถาม001010100111

ตารางความจริง

การเปรียบเทียบเอาต์พุตของลอจิกเกต 1 อินพุต

อินพุตเอาท์พุทกกันชนอินเวอร์เตอร์001110

การเปรียบเทียบเอาต์พุตของประตูลอจิก 2 อินพุต

อินพุตเอาท์พุทกขและNANDหรืออXORXNOR00010101010110101001101011101001

ประตูตรรกะสากล

ชิป 7400 ประกอบด้วย NAND สี่ตัว หมุดเพิ่มเติมสองตัวจ่ายไฟ (+5 V) และเชื่อมต่อกราวด์

Charles Sanders Peirce (ระหว่างปี 1880–81) แสดงให้เห็นว่าNOR gates เพียงอย่างเดียว (หรือNAND gates เพียงอย่างเดียว ) สามารถใช้ในการสร้างฟังก์ชั่นของ logic gates อื่น ๆ ได้ทั้งหมด แต่งานของเขาก็ยังไม่ได้เผยแพร่จนถึงปี 1933 [16]ครั้งแรก หลักฐานการตีพิมพ์โดยเฮนรีเมตร Shefferในปี 1913 เพื่อให้การดำเนินการตรรกะ NAND บางครั้งเรียกว่าSheffer จังหวะ ; ตรรกะ NORบางครั้งจะเรียกว่าลูกศรเพียรซ [17]ดังนั้นประตูเหล่านี้บางครั้งเรียกว่าประตูตรรกะสากล [18]

ชนิดการก่อสร้าง NANDนอ. ก่อสร้างไม่และNANDหรืออXORXNOR

สัญลักษณ์เทียบเท่า De Morgan

โดยการใช้กฎเดอมอร์แกนเป็นและฟังก์ชั่นเป็นเหมือนสระหรือฟังก์ชั่นที่มีปัจจัยการผลิตและผลเมื่อตะกี้ ในทำนองเดียวกันฟังก์ชันORจะเหมือนกับฟังก์ชันAND ที่มีอินพุตและเอาต์พุตที่เป็นค่าลบ ประตู NAND เทียบเท่ากับประตู OR ที่มีอินพุตที่เป็นลบและประตู NOR เทียบเท่ากับประตู AND ที่มีอินพุตที่ไม่ได้รับ

สิ่งนี้นำไปสู่ชุดสัญลักษณ์ทางเลือกสำหรับประตูพื้นฐานที่ใช้สัญลักษณ์แกนตรงข้าม ( ANDหรือOR ) แต่เมื่ออินพุตและเอาต์พุตถูกลบ การใช้สัญลักษณ์ทางเลือกเหล่านี้สามารถทำให้แผนภาพวงจรลอจิกชัดเจนขึ้นมากและช่วยแสดงการเชื่อมต่อโดยไม่ได้ตั้งใจของเอาต์พุตสูงที่ใช้งานอยู่กับอินพุตต่ำที่ใช้งานอยู่หรือในทางกลับกัน การเชื่อมต่อใด ๆ ที่มีการปฏิเสธตรรกะที่ปลายทั้งสองข้างสามารถแทนที่ได้ด้วยการเชื่อมต่อที่ไม่มีการปฏิเสธและการเปลี่ยนประตูที่เหมาะสมหรือในทางกลับกัน การเชื่อมต่อใด ๆ ที่มีการปฏิเสธที่ปลายด้านหนึ่งและไม่มีการปฏิเสธที่อีกด้านหนึ่งสามารถทำให้ตีความได้ง่ายขึ้นโดยใช้สัญลักษณ์เทียบเท่าเดอมอร์แกนที่ปลายทั้งสองด้านแทน เมื่อตัวบ่งชี้การปฏิเสธหรือขั้วที่ปลายทั้งสองด้านของการจับคู่การเชื่อมต่อจะไม่มีการปฏิเสธตรรกะในเส้นทางนั้น (อย่างมีประสิทธิภาพฟองอากาศ "ยกเลิก") ทำให้ง่ายต่อการติดตามสถานะลอจิกจากสัญลักษณ์หนึ่งไปยังอีกสัญลักษณ์หนึ่ง สิ่งนี้พบเห็นได้ทั่วไปในแผนภาพลอจิกจริง - ดังนั้นผู้อ่านจะต้องไม่ติดนิสัยในการเชื่อมโยงรูปร่างเป็นรูปร่างหรือหรือ AND โดยเฉพาะ แต่ต้องคำนึงถึงฟองอากาศที่ทั้งอินพุตและเอาต์พุตเพื่อกำหนดตรรกะ "จริง" ฟังก์ชันที่ระบุ

สัญลักษณ์เดอมอร์แกนสามารถแสดงจุดประสงค์เชิงตรรกะหลักของเกตและขั้วของโหนดที่ถือว่าอยู่ในสถานะ "สัญญาณ" (แอ็คทีฟ, เปิด) ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น พิจารณากรณีที่เรียบง่ายซึ่งใช้เกต NAND สองอินพุทเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์เมื่ออินพุตใดอินพุตต่ำโดยสวิตช์ สถานะ "ส่งสัญญาณ" (มอเตอร์เปิด) เกิดขึ้นเมื่อสวิตช์หนึ่งหรือสวิตช์อื่นเปิดอยู่ ซึ่งแตกต่างจากสัญลักษณ์ NAND ทั่วไปซึ่งแสดงถึงตรรกะ AND เวอร์ชัน De Morgan ซึ่งเป็นอินพุตหรือเกตเชิงลบสองตัวแสดงให้เห็นอย่างถูกต้องว่าหรือเป็นที่สนใจ สัญลักษณ์ NAND ปกติจะมีฟองอากาศที่เอาต์พุตและไม่มีที่อินพุต (ตรงข้ามกับสถานะที่จะเปิดมอเตอร์) แต่สัญลักษณ์ De Morgan จะแสดงทั้งอินพุตและเอาต์พุตในขั้วที่จะขับเคลื่อนมอเตอร์

ทฤษฎีบทของเดอมอร์แกนมักใช้ในการปรับใช้ลอจิกเกตเป็นการรวมประตู NAND เท่านั้นหรือเป็นการรวมกันของประตู NOR เท่านั้นด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจ

การจัดเก็บข้อมูล

ลอจิกเกตยังสามารถใช้ในการจัดเก็บข้อมูล องค์ประกอบการจัดเก็บสามารถสร้างได้โดยการเชื่อมต่อประตูหลายบานในวงจร " สลัก " การออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งใช้สัญญาณนาฬิกาและเปลี่ยนเฉพาะขอบนาฬิกาที่ขึ้นหรือลงจะเรียกว่า " รองเท้าแตะ " แบบเปิดขอบ โดยปกติฟลิปฟล็อปเรียกว่าวงจร bistable เนื่องจากมีสถานะเสถียรสองสถานะซึ่งสามารถรักษาได้อย่างไม่มีกำหนด การรวมกันของฟลิปฟล็อปหลาย ๆ แบบขนานกันเพื่อเก็บค่าแบบหลายบิตเรียกว่ารีจิสเตอร์ เมื่อใช้การตั้งค่าประตูใด ๆ เหล่านี้ระบบโดยรวมจะมีหน่วยความจำ จากนั้นเรียกว่าระบบลอจิกตามลำดับเนื่องจากเอาต์พุตอาจได้รับอิทธิพลจากสถานะก่อนหน้ากล่าวคือโดยลำดับของสถานะอินพุต ในทางตรงกันข้ามเอาต์พุตจากตรรกะเชิงผสมเป็นการรวมกันของอินพุตปัจจุบันเท่านั้นโดยไม่ได้รับผลกระทบจากสถานะอินพุตและเอาต์พุตก่อนหน้านี้

วงจรตรรกะเหล่านี้เรียกว่าคอมพิวเตอร์ของหน่วยความจำ ประสิทธิภาพแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านความเร็วความซับซ้อนและความน่าเชื่อถือของพื้นที่จัดเก็บข้อมูลและการออกแบบประเภทต่างๆจะใช้ตามแอปพลิเคชัน

ประตูตรรกะสามสถานะ

บัฟเฟอร์ไตรสเตตสามารถคิดได้ว่าเป็นสวิตช์ ถ้า Bเปิดอยู่สวิตช์จะปิด ถ้า B ปิดสวิตช์จะเปิด

ลอจิกเกตสามสถานะคือลอจิกเกตประเภทหนึ่งที่สามารถมีเอาต์พุตที่แตกต่างกันสามแบบ ได้แก่ สูง (H) ต่ำ (L) และอิมพีแดนซ์สูง (Z) สถานะความต้านทานสูงไม่มีบทบาทในตรรกะซึ่งเป็นไบนารีอย่างเคร่งครัด อุปกรณ์เหล่านี้ใช้บนบัสของCPUเพื่อให้ชิปหลายตัวส่งข้อมูล กลุ่มของสามสถานะที่ขับเคลื่อนเส้นที่มีวงจรควบคุมที่เหมาะสมนั้นโดยพื้นฐานแล้วเทียบเท่ากับมัลติเพล็กเซอร์ซึ่งอาจกระจายทางกายภาพผ่านอุปกรณ์แยกต่างหากหรือการ์ดปลั๊กอิน

ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เอาต์พุตสูงจะหมายถึงเอาต์พุตกำลังจัดหากระแสจากขั้วไฟฟ้าบวก (แรงดันไฟฟ้าบวก) เอาต์พุตต่ำจะหมายถึงเอาต์พุตกำลังจมกระแสไปยังขั้วไฟฟ้าลบ (แรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์) ความต้านทานสูงหมายความว่าเอาต์พุตถูกตัดการเชื่อมต่อจากวงจรอย่างมีประสิทธิภาพ

การนำไปใช้งาน

ตั้งแต่ปี 1990 ประตูลอจิกส่วนใหญ่ทำในเทคโนโลยีCMOS (เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม) ซึ่งใช้ทั้งทรานซิสเตอร์ NMOS และ PMOS ล้านของตรรกศาสตร์ประตูมักจะบรรจุในครั้งเดียววงจรรวม

มีลอจิกหลายตระกูลที่มีลักษณะแตกต่างกัน (การใช้พลังงานความเร็วต้นทุนขนาด) เช่นRDL (ลอจิกตัวต้านทาน - ไดโอด), RTL (ลอจิกของตัวต้านทาน - ทรานซิสเตอร์), DTL (ตรรกะของไดโอด - ทรานซิสเตอร์), TTL (ทรานซิสเตอร์ - ทรานซิสเตอร์ ลอจิก) และ CMOS นอกจากนี้ยังมีตัวแปรย่อยเช่นตรรกะ CMOS มาตรฐานเทียบกับประเภทขั้นสูงที่ใช้เทคโนโลยี CMOS แต่มีการเพิ่มประสิทธิภาพบางอย่างเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียความเร็วเนื่องจากทรานซิสเตอร์ PMOS ช้าลง

การใช้งานที่ไม่ใช่อิเล็กทรอนิกส์นั้นมีความหลากหลายแม้ว่าจะมีเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่ใช้ในงานจริง หลายต้นดิจิตอลคอมพิวเตอร์ไฟฟ้าเช่นฮาร์วาร์มาร์คฉันถูกสร้างขึ้นจากตรรกะถ่ายทอดประตูใช้ไฟฟ้ารีเลย์ ประตูลอจิกสามารถสร้างได้โดยใช้อุปกรณ์นิวเมติกเช่นรีเลย์ Sortebergหรือประตูลอจิกเชิงกลรวมทั้งในระดับโมเลกุล [19]ประตูลอจิกถูกสร้างขึ้นจากDNA (ดูDNA นาโนเทคโนโลยี ) [20]และใช้ในการสร้างคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า MAYA (ดูMAYA-II ) ลอจิกเกตสามารถสร้างได้จากเอฟเฟกต์เชิงกลควอนตัม (แม้ว่าการคำนวณควอนตัมมักจะแตกต่างจากการออกแบบบูลีนดูประตูลอจิกควอนตัม ) ประตูลอจิกโฟโตนิกใช้เอฟเฟกต์แสงแบบไม่เชิงเส้น

โดยหลักการแล้ววิธีการใด ๆ ที่นำไปสู่ประตูที่สมบูรณ์ตามหน้าที่ (ตัวอย่างเช่นประตู NOR หรือ NAND) สามารถใช้เพื่อสร้างวงจรลอจิกดิจิตอลชนิดใดก็ได้ โปรดทราบว่าไม่จำเป็นต้องใช้ลอจิก 3 สถานะสำหรับระบบบัสและสามารถแทนที่ด้วยดิจิตอลมัลติเพล็กเซอร์ซึ่งสามารถสร้างได้โดยใช้ลอจิกเกตธรรมดาเท่านั้น (เช่นประตู NAND ประตู NOR หรือประตู AND และ OR)

กระทู้ที่เกี่ยวข้อง

Toplist

โพสต์ล่าสุด

แท็ก