Logisk port

En logisk gate  er et grundlæggende element i et digitalt kredsløb, der udfører en elementær logisk operation [1] og dermed konverterer et sæt logiske inputsignaler til et logisk outputsignal. Gatedriftslogik er baseret på bitoperationer [2] med digitale inputsignaler som operander . Ved oprettelse af et digitalt kredsløb er ventilerne forbundet med hinanden, mens udgangen på den anvendte ventil skal forbindes med en eller flere indgange på andre ventiler. På nuværende tidspunkt dominerer elektroniske logiske porte baseret på felteffekttransistorer i menneskeskabte digitale enheder , men andre enheder, såsom elektromagnetiske relæer , hydrauliske enheder og mekaniske enheder, er også blevet brugt til at skabe porte i fortiden. På jagt efter mere avancerede logiske porte, undersøges kvanteanordninger [3] [4] , biologiske molekyler [5] , fonon termiske systemer [6] .

I digital elektronik er det logiske niveau af et signal repræsenteret som et spændingsniveau (falder i et af to områder) eller som en strømværdi . Det afhænger af den type teknologi, der bruges til at bygge elektronisk logik [7] . Derfor kræver enhver type elektronisk ventil strøm for at bringe udgangssignalet til det ønskede niveau.

Historie

For første gang blev et matematisk nøjagtigt binært talsystem beskrevet i detaljer af den tyske matematiker Gottfried Wilhelm Leibniz (publikation dateret 1705). Han forklarede også, hvordan principperne for aritmetik og logik kunne kombineres med dette system.

De første logiske porte blev implementeret mekanisk. I 1837 udviklede den engelske opfinder Charles Babbage en computer, som han kaldte Analytical Engine , som betragtes som prototypen på den moderne computer.  

I 1847 lagde den engelske matematiker og logiker George Boole i sin afhandling The Mathematical Analysis of Logic grundlaget for moderne logikalgebra og kædede den sammen med propositionel logik . Samtidig introducerede han sit algebraiske system , som indeholdt følgende funktioner: konjunktion (logisk multiplikation, operator "AND"), disjunktion (logisk addition, operator "ELLER") og negation (operator "NOT"). Efterfølgende blev denne algebra kaldt boolesk .  

Også i 1847 offentliggjorde den skotske matematiker og logiker Augustus de Morgan regler vedrørende par af logiske operationer ved hjælp af logisk negation ( De Morgans love ).

I 1881 beviste den amerikanske matematiker og logiker Charles Sanders Pierce teoretisk, at "disjunction inversion"-funktionen er universel og kan erstatte alle andre logiske funktioner. Denne funktion fik navnet "Pearces funktion", tegnet på operationen er Pierces pil ↓. Senere blev elementet, der implementerer denne funktion, kaldt Pierce-elementet eller "ELLER-NOT" ( engelsk  NOR-port , se tabel). Dette værk blev først udgivet i 1933.

I 1907 introducerede den amerikanske opfinder Lee de Forest en tredje elektrode, et kontrolgitter , i John Flemings vakuumrør og opnåede en triode, der ikke kun kan fungere som en forstærker af elektriske signaler, men også som en simpel kontakt (ventil) .

I 1913 beviste den amerikanske matematiker og logiker Henry Maurice Schaeffer teoretisk, at funktionen "konjunktioninversion" er universel og kan erstatte alle andre logiske funktioner. Denne funktion fik navnet "Schaeffers funktion", tegnet på operationen er Schaeffers slagtilfælde |. Senere blev elementet, der implementerer denne funktion, kaldt Schaeffer-elementet eller "AND-NOT" ( eng.  NAND gate , se tabel).

I 1927 introducerede den russiske sovjetiske matematiker og logiker Ivan Ivanovich Zhegalkin logikkens algebra som aritmetikken af ​​rester modulo 2. Denne universelle funktion blev senere kaldt Zhegalkin-polynomiet, og tegnet på operationen var . Senere blev elementet, der implementerer denne funktion, kaldt "eksklusiv ELLER" ( engelsk XOR-port ).  

I 1935 udviklede den tyske ingeniør Konrad Zuse de første fungerende elektromekaniske ventiler til sin Z1-computer .

I 1947 skabte William Shockley , John Bardeen og Walter Brattain den første fungerende bipolære transistor på Bell Labs . Transistorer erstattede senere vakuumrør i de fleste elektroniske enheder, hvilket revolutionerede design af integrerede kredsløb .

Logiske porte

logisk
port		 Symboler Funktion ,
indgang		 sandhedstabel
0_0
GOST 2.743-91 IEC 60617-12: 1997 US ANSI 91-1984
0NOT
( eng.  NOT gate ) 		0 Negation


0EN0 0Y0
0 en
en 0
0AND
( eng.  AND gate ) 		0 Konjunktion



0EN0 0B0 0Y0
0 0 0
0 en 0
en 0 0
en en en
0OR
( eng.  OR gate ) 		0 Disjunktion

0EN0 0B0 0Y0
0 0 0
0 en en
en 0 en
en en en
0NOT AND (AND-NOT)
( eng.  NAND gate )
Schaeffer element 		0 00



0EN0 0B0 0Y0
0 0 en
0 en en
en 0 en
en en 0
0NOT OR (OR-NOT)
( eng.  NOR gate )
Gennembore element 		0


0EN0 0B0 0Y0
0 0 en
0 en 0
en 0 0
en en 0
Eksklusiv OR
( eng.  XOR gate )
modulo
2 addition 		0 Streng
disjunktion

0EN0 0B0 0Y0
0 0 0
0 en en
en 0 en
en en 0
Eksklusiv ELLER
med inversion
( eng.  XNOR gate )
ækvivalens 		0 Ækvivalens



0EN0 0B0 0Y0
0 0 en
0 en 0
en 0 0
en en en

Implementering

Noter

  1. ↑ gpntb.ru - Vilkår for mikroelektronik . Dato for adgang: 2. januar 2008. Arkiveret fra originalen 27. juni 2008.
  2. ↑ For eksempel: 2I-NOT ( NAND ), XOR (eksklusiv ELLER) og andre.
  3. ↑ scientific.ru Arkiveret 8. oktober 2006 på Wayback Machine  - Quantum logic gate baseret på superledere
  4. ↑ pereplet.ru Arkiveret 16. februar 2008 på Wayback Machine  - Spin logiske porte baseret på kvanteprikker
  5. ↑ skms.impb.psn.ru  - Elektronisk XOR logikport baseret på DNA .
  6. ↑ Wang, Lei og Li, Baowen. Thermal Logic Gates: Computation with Phonons  //  Physical Review Letters. - APS, 2007. - Vol. 99 , nr. 17 .
  7. ↑ De mest berømte er CMOS , TTL , N-MOS , ESL , DTL , RTL .

Se også