Логически порти И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и техните таблици на истината
Електрическа верига, предназначена за извършване на всяка логическа операция с входни данни, се нарича логически елемент. Входните данни са представени тук под формата на напрежения на различни нива, а резултатът от логическа операция на изхода също се получава под формата на напрежение на определено ниво.
В този случай операндите се подават в двоична нотация — входът на логическия елемент приема сигнали под формата на напрежение на високо или ниско ниво, които по същество служат като входни данни. И така, напрежението на високо ниво — това е логическа единица от 1 — означава истинската стойност на операнда, а напрежението на ниско ниво 0 — фалшивата стойност. 1 — ИСТИНА, 0 — НЕВЯРНО.
Логически елемент — елемент, който реализира определена логическа връзка между входните и изходните сигнали. Логическите елементи обикновено се използват за изграждане на логически схеми на компютри, дискретни схеми за автоматично управление и управление. Всички видове логически елементи, независимо от тяхната физическа природа, се характеризират с дискретни стойности на входните и изходните сигнали.
Логическите порти имат един или повече входове и един или два (обикновено обратно един на друг) изхода. Стойностите на «нули» и «единици» на изходните сигнали на логически елементи се определят от логическата функция, изпълнявана от елемента, и стойностите на «нули» и «единици» на входните сигнали, които играят ролята на независимите променливи. Има елементарни логически функции, които могат да се използват за съставяне на всяка сложна логическа функция.
В зависимост от устройството на схемата на елемента, от неговите електрически параметри, логическите нива (нива на високо и ниско напрежение) на входа и изхода имат еднакви стойности за високо и ниско (истинно и невярно) състояние.
Традиционно логическите елементи се произвеждат под формата на специални радиокомпоненти — интегрални схеми. Логическите операции като свързване, разединяване, отрицание и добавяне по модул (И, ИЛИ, НЕ, изключителни ИЛИ) са основните операции, извършвани върху логически елементи от основни типове. Нека разгледаме по -отблизо всеки от тези типове логически порти.
Логически елемент „И“ — връзка, логическо умножение и И
«И» е логически елемент, който извършва съвместно или логическо умножение върху входните данни. Този елемент може да има от 2 до 8 (най -често срещаните в производството елементи „И“ с 2, 3, 4 и 8 входа) входове и един изход.
Символите на логически елементи «И» с различен брой входове са показани на фигурата. В текста логически елемент «И» с един или друг брой входове е обозначен като «2I», «4I» и т.н. — елемент «И» с два входа, с четири входа и т.н.
Таблицата на истината за елемент 2I показва, че изходът на елемента ще бъде логическа единица само ако логическите единици са едновременно на първия вход И на втория вход. В другите три възможни случая изходът ще бъде нула.
В западните диаграми иконата на елемент „И“ има права линия на входа и закръгляване на изхода. На вътрешни диаграми — правоъгълник със символа «&».
Логически елемент „ИЛИ“ — разединение, логическо допълнение, ИЛИ
«ИЛИ» е логически елемент, който изпълнява операция за разединяване или логическо добавяне на входните данни.Той, подобно на елемента «И», се произвежда с два, три, четири и т.н. входа и един изход. Символите на логически елементи «ИЛИ» с различен брой входове са показани на фигурата. Тези елементи са обозначени, както следва: 2OR, 3OR, 4OR и т.н.
Таблицата на истинността за елемента «2OR» показва, че за появата на логическа единица на изхода е достатъчно, че логическата единица е на първия вход ИЛИ на втория вход. Ако логическите ще бъдат на два входа едновременно, изходът също ще бъде един.
В западните диаграми елементът ИЛИ има закръглен вход и закръглена точка на изхода. На вътрешни диаграми — правоъгълник със символа «1».
Логическа порта «НЕ» — отрицание, инвертор, НЕ
«NOT» е логически елемент, който изпълнява операцията по логическо отрицание на входните данни. Този елемент, който има един изход и само един вход, също се нарича инвертор, тъй като всъщност инвертира (обръща) входния сигнал. Фигурата показва конвенционалното обозначение на логическия елемент „НЕ“.
Таблицата на истината за инвертора показва, че високият потенциал на входа дава нисък потенциал на изхода и обратно.
В западните диаграми иконата на елемента «НЕ» има формата на триъгълник с окръжност на изхода. На битови вериги — правоъгълник със символа «1», с кръг на изхода.
Логически елемент «И -НЕ» — връзка (логическо умножение) с отрицание, NAND
«И -НЕ» — логически елемент, който изпълнява операцията на логическо добавяне на входните данни, а след това операцията на логическо отрицание, резултатът се подава към изхода. С други думи, това по принцип е елементът „И“, допълнен с елемента „НЕ“. Фигурата показва конвенционалното обозначение на логическия елемент «2I-NOT».
Таблицата на истината за елемента NAND е противоположна на таблицата за елемента AND. Вместо три нули и едно, има три единици и нула. Елементът NAND се нарича още елемент на Шефер в чест на математика Хенри Морис Шефер, който за първи път отбелязва важността на това логическа операция през 1913 г. Той е обозначен като „И“, само с кръг на изхода.
Логически елемент «ИЛИ -НЕ» — дизъюнкция (логическо допълнение) с отрицание, NOR
«ИЛИ -НЕ» — логически елемент, който изпълнява операцията на логическо добавяне върху входните данни, а след това операцията на логическо отрицание, резултатът се подава към изхода. С други думи, това е елемент „ИЛИ“, допълнен с елемент „НЕ“ — инвертор. Фигурата показва конвенционалното обозначение на логическия елемент «2OR-NOT».
Таблицата на истината за елемента ИЛИ-НЕ е противоположна на таблицата за елемента ИЛИ. Голям потенциал на изхода се получава само в един случай — ниски потенциали се прилагат едновременно към двата входа. Посочено като «ИЛИ», само с окръжност на изхода, показваща инверсия.
Логическа порта «изключителен ИЛИ» — добавяне по модул 2, XOR
«Изключително ИЛИ» — логически елемент, който изпълнява логическа операция по добавяне на входни данни по модул 2, има два входа и един изход. Тези елементи често се използват в схеми за управление. Фигурата показва символа за този елемент.
Изображението в западните схеми — като «ИЛИ» с допълнителна извита лента отстрани на входа, в битовите — като «ИЛИ», само вместо «1» ще бъде написано «= 1».
Този логически елемент се нарича още „неравенство“. Ниво на високо напрежение ще бъде на изхода само когато сигналите на входа не са равни (на една единица, на друга нула или на една нула, а на другата една), дори ако има две единици едновременно време на входа, изходът ще бъде нула — това е разликата от «ИЛИ». Тези логически елементи се използват широко в суматори.