Cip logik. Bahagian 2 - Gates

Unsur-unsur logik beroperasi sebagai unsur-unsur bebas dalam bentuk mikrosirkuit yang sedikit integrasi, dan ia dimasukkan sebagai komponen dalam mikrosirkuit yang lebih tinggi integrasi. Unsur-unsur tersebut boleh dikira lebih daripada sedozen.

Tetapi pertama, kita hanya akan bercakap tentang empat daripada mereka - ini adalah unsur DAN, ATAU, TIDAK, DAN TIDAK. Unsur-unsur utama adalah tiga yang pertama, dan unsur AND-TIDA sudah menjadi gabungan dari unsur AND DAN TIDAK. Unsur-unsur ini boleh dipanggil "bata" teknologi digital. Pertama anda perlu mempertimbangkan apakah logik tindakan mereka?

Ingat bahagian pertama artikel mengenai litar digital. Dikatakan bahawa voltan pada input (output) dari mikrokitar dalam 0 ... 0.4 V ialah tahap logik sifar, atau tahap voltan rendah. Sekiranya voltan berada dalam 2.4 ... 5.0 V, maka ini adalah tahap unit logik atau voltan tahap tinggi.

Status operasi siri mikrosirkut siri K155 dan mikrosirkuit lain dengan voltan pembekalan 5V dicirikan dengan tepat tahap sedemikian. Sekiranya voltan di output mikrosirkuit berada dalam julat 0.4 ... 2.4V (contohnya, 1.5 atau 2.0V), maka anda sudah boleh memikirkan menggantikan microcircuit ini.

Nasihat praktikal: untuk memastikan bahawa microcircuit ini rosak dalam keluaran, cabut input microcircuit berikut (atau beberapa input yang disambungkan ke output mikrokircuit ini) daripadanya. Input ini hanya dapat "duduk" (overload) cip output.

Konvensyen Grafik

Simbol grafik ialah segiempat tepat yang mengandungi baris input dan output. Barisan input elemen terletak di sebelah kiri, dan garis output di sebelah kanan. Begitu juga untuk keseluruhan lembaran dengan litar: di sebelah kiri, semua isyarat adalah input, di sebelah kanan adalah output. Ia seperti garis dalam buku - dari kiri ke kanan, akan lebih mudah diingat. Di dalam segi empat tepat adalah simbol bersyarat yang menandakan fungsi yang dilakukan oleh elemen.

Elemen logik DAN

Kami memulakan pertimbangan unsur-unsur logik dengan elemen I.

Rajah 1. Unsur logik DAN

Penamaan grafiknya ditunjukkan dalam Rajah 1a. Simbol fungsi Dan adalah simbol Inggeris "&", yang dalam bahasa Inggeris menggantikan kesatuan "dan", kerana semua ini "pseudoscience" dicipta dalam borjuasi yang terkutuk.

Input dari elemen ditetapkan sebagai X dengan indeks 1 dan 2, dan keluaran, sebagai fungsi keluaran, dengan huruf Y. Ini mudah, seperti dalam matematik sekolah, contohnya, Y = K * X atau, dalam kes umum, Y = f (x). Unsur boleh mempunyai lebih daripada dua masukan, yang dibatasi hanya oleh kerumitan masalah yang diselesaikan, tetapi hanya ada satu output.

Logik elemen adalah seperti berikut: voltan tahap tinggi pada output Y akan hanya apabila Dan pada input X1 Dan pada input X2 akan ada voltan tahap tinggi. Jika elemen mempunyai 4 atau 8 input, maka syarat yang dinyatakan (tahap tinggi) mesti dipenuhi pada semua input: I-at input 1, I-at input 2, I-at input 3 ... .. And-at input N. Only dalam kes ini, output juga akan menjadi tahap yang tinggi.

Untuk memudahkan untuk memahami logik operasi Dan unsur, analognya dalam bentuk litar kenalan ditunjukkan dalam Rajah 1b. Di sini, output elemen Y diwakili oleh lampu HL1. Jika lampu menyala, maka ini sepadan dengan tahap yang tinggi pada output elemen I. Kadang-kadang elemen tersebut dipanggil 2-I, 3-I, 4-I, 8-I. Nombor pertama menunjukkan bilangan input.

Sebagai input isyarat X1 dan X2, butang biasa "loceng" digunakan tanpa membetulkan. Keadaan terbuka butang adalah keadaan tahap rendah, dan keadaan tertutup secara semulajadi tinggi. Sebagai sumber kuasa, rajah menunjukkan bateri galvanik. Walaupun butang berada dalam keadaan terbuka, lampu, tentu saja, tidak bersinar. Lampu akan dihidupkan hanya apabila kedua-dua butang ditekan sekaligus, iaitu. I-SB1, I-SB2.Ini adalah sambungan logik antara input dan isyarat keluaran elemen I.

Perwakilan visual pengoperasian unsur AND boleh diperoleh dengan melihat rajah masa ditunjukkan dalam Rajah 1c. Pada mulanya, isyarat tingkat tinggi muncul pada input X1, tetapi tiada apa yang berlaku pada output Y, masih terdapat isyarat tahap rendah. Pada input X2, isyarat muncul dengan beberapa kelewatan berbanding input pertama, dan isyarat tahap tinggi muncul pada output Y.

Apabila isyarat pada input X1 adalah rendah, output juga ditetapkan kepada rendah. Atau, untuk meletakkannya dengan cara lain, isyarat tahap tinggi diadakan pada output selagi isyarat tingkat tinggi hadir pada kedua-dua input. Perkara yang sama boleh dikatakan mengenai unsur-unsur masukan yang lebih banyak daripada I: jika ia adalah 8-I, maka untuk mendapatkan tahap yang tinggi pada output, tahap tinggi mesti diadakan pada semua lapan input sekaligus.

Selalunya dalam kesusasteraan rujukan, keadaan output elemen logik bergantung kepada isyarat masukan diberikan dalam bentuk jadual kebenaran. Untuk unsur yang dianggap 2-I, jadual kebenaran ditunjukkan dalam Rajah 1d.

Jadual agak serupa dengan jadual pendaraban, hanya lebih kecil. Jika anda mengkaji dengan teliti, anda akan mendapati bahawa tahap tinggi pada output akan hanya apabila voltan tahap tinggi atau, apakah perkara yang sama, unit logik hadir pada kedua-dua input. Dengan cara ini, perbandingan jadual kebenaran dengan jadual pendaraban jauh dari tidak sengaja: semua jadual kebenaran elektronik tahu, seperti yang mereka katakan, dengan hati.

Juga, fungsi Dan boleh diterangkan dengan algebra logik atau algebra boolean. Untuk elemen dua input, formula akan kelihatan seperti ini: Y = X1 * X2 atau bentuk lain penulisan Y = X1 ^ X2.

Elemen logik ATAU

Seterusnya kita akan melihat pintu ATAU.

Rajah 2. Pintu logik ATAU

Penunjukan grafiknya mirip dengan unsur AND yang diperiksa, kecuali sebagai gantinya & simbol untuk fungsi AND, angka 1 ditulis di dalam segi empat tepat, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2a. Dalam kes ini, ia menandakan fungsi ATAU. Di sebelah kiri adalah input X1 dan X2, yang, seperti dalam kes Dan fungsi, boleh lebih banyak, dan di sebelah kanan output, ditunjukkan oleh huruf Y.

Dalam bentuk formula algebra Boolean, fungsi OR ditulis dengan Y = X1 + X2.

Mengikut formula ini, Y akan benar ketika ATAU pada input X1, ATAU pada input X2, ATAU pada kedua-dua input akan segera menjadi tahap yang tinggi.

Gambar rajah hubungan yang ditunjukkan dalam Rajah 2b akan membantu memahami apa yang baru saja dikatakan: menekan salah satu butang (tahap tinggi) atau kedua-dua butang sekaligus akan menyebabkan lampu menjadi bersinar (tahap tinggi). Dalam kes ini, butang adalah isyarat input X1 dan X2, dan cahaya ialah isyarat keluaran Y. Untuk menjadikannya lebih mudah diingat, Rajah 2c dan 2d menunjukkan gambarajah masa dan jadual kebenaran masing-masing: ia cukup untuk menganalisis operasi litar hubungan ditunjukkan dengan rajah dan jadual, kerana semua soalan akan hilang.

Unsur logik TIDAK, penyongsang

Seperti yang dikatakan seorang guru, dalam teknologi digital tidak ada yang lebih rumit daripada penyongsang. Mungkin ini sebenarnya.

Dalam logik algebra, operasi TIDAK disebut inversi, yang bermaksud penolakan dalam bahasa Inggeris, iaitu tahap isyarat pada output sepadan dengan tepat bertentangan dengan isyarat masukan, yang kelihatan seperti Y = / X dalam bentuk formula

(Skrol sebelum X menandakan penyongsangan sebenar. Biasanya garis bawah garis digunakan bukannya garis miring, walaupun notasi sedemikian agak boleh diterima.).

Simbol grafik unsur ini TIDAK segi empat atau persegi panjang di dalamnya angka 1 ditulis.

Rajah 3. Inverter

Dalam kes ini, ini bermakna bahawa elemen ini adalah penyongsang. Ia hanya mempunyai satu input X dan output Y. Baris output bermula dengan bulatan kecil, yang sebenarnya menunjukkan bahawa elemen ini adalah penyongsang.

Seperti yang dikatakan, inverter adalah litar digital yang paling rumit.Dan ini disahkan oleh skema hubungannya: jika sebelum butang itu sahaja sudah cukup, kini penyampai telah ditambahkan kepada mereka. Walaupun butang SB1 tidak ditekan (sifar logik pada input), relay K1 adalah de-energized dan kenalan yang tertutup biasanya menghidupkan mentol HL1, yang sepadan dengan unit logik pada output.

Jika anda menekan butang (memohon unit logik ke input), relay akan dihidupkan, kenalan K1.1 akan terbuka, cahaya akan keluar, yang bersamaan dengan sifar logik pada output. Di atas disahkan oleh gambarajah masa dalam Rajah 3c dan jadual kebenaran dalam Rajah 3d.

Elemen logik DAN TIDAK

Pintu DAN BUKAN merupakan gabungan pintu gerbang AND dan pintu NOTA.

Rajah 4. Unsur logik DAN TIDAK

Oleh itu, simbol & (logik AND) hadir pada simbol grafiknya, dan garisan keluar bermula dengan bulatan yang menunjukkan kehadiran unsur inverter.

Analog hubungan elemen logik ditunjukkan dalam Rajah 4b, dan, jika anda melihat dengan teliti, ia sangat mirip dengan analog penyongsang yang ditunjukkan dalam Rajah 3b: mentol itu juga dihidupkan melalui kenalan biasa yang tertutup daripada relay K1. Sebenarnya ini penyongsang. Relay dikawal oleh butang SB1 dan SB2, yang sesuai dengan input X1 dan X2 pintu AND. Rajah menunjukkan bahawa geganti akan dihidupkan hanya apabila kedua-dua butang ditekan: dalam kes ini, butang melaksanakan fungsi & (logik DAN). Dalam kes ini, lampu pada output padam, yang sepadan dengan keadaan sifar logik.

Jika kedua-dua butang tidak ditekan, atau sekurang-kurangnya satu daripada mereka, maka geganti itu dinyahdayakan, dan cahaya pada output litar dihidupkan, yang sepadan dengan tahap unit logik.

Dari yang tersebut di atas, kita boleh membuat kesimpulan berikut:

Pertama, jika sekurang-kurangnya satu masukan mempunyai sifar logik, outputnya akan menjadi unit logik. Keadaan yang sama pada output akan berlaku apabila nol hadir pada kedua-dua input sekaligus. Ini adalah harta yang sangat berharga bagi elemen AND-NOT: jika anda menyambungkan kedua-dua input, maka elemen AND-TID menjadi penyongsang - ia hanya berfungsi dengan TIDAK berfungsi. Harta ini membolehkan anda tidak meletakkan cip khas yang mengandungi enam penyongsang sekaligus, apabila hanya satu atau dua yang diperlukan.

Kedua, sifar pada output boleh diperolehi hanya jika "mengumpul" ke atas semua input perpaduan. Dalam kes ini, adalah sesuai untuk menamakan unsur logik yang dianggap 2I-TIDAK. Kedua-duanya mengatakan bahawa elemen ini dua input. Dalam hampir semua rangkaian mikrosirkuit, terdapat juga elemen 3, 4 dan lapan input. Lebih-lebih lagi, setiap satunya hanya mempunyai satu jalan keluar. Walau bagaimanapun, elemen 2I-NOT dianggap unsur asas dalam banyak siri microcircuits digital.

Dengan pelbagai pilihan untuk menyambungkan input, anda boleh mendapatkan satu lagi harta indah. Sebagai contoh, menyambungkan tiga input elemen lapan input 8I-TIDAK bersama-sama, kita dapat mendapatkan unsur 6I-TIDAK. Dan jika anda menyambung semua 8 input bersama-sama, anda akan mendapat penyongsang, seperti yang dinyatakan di atas.

Ini melengkapkan kenalan dengan unsur-unsur logik. Di bahagian seterusnya artikel ini, kami akan mempertimbangkan eksperimen paling mudah dengan mikrosirkuit, struktur dalaman mikrosirkuit, alat mudah, seperti penjana nadi.

Boris Aladyshkin

Penerusan artikel: Cip logik. Bahagian 3