Логические вентили, схемы, структуры
Логический вентиль – своего рода атом, из которого состоят электронные узлы ЭВМ. Принцип работы вентильных и логических схем. Характеристика логических функций отрицания, инверсии, дизъюнкции и конъюнкции. Примеры использования логических функций.
Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
Вид | лекция |
Язык | русский |
Дата добавления | 15.12.2010 |
Размер файла | 103,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Логические вентили, схемы, структуры
Любой, самый примитивный компьютер - сложнейшее техническое устройство. Но даже такое сложное устройство, как и все в природе и в технике, состоит их простейших элементов. Любой компьютер, точнее, любой его электронный логический блок состоит из десятков и сотен тысяч так называемых вентилей (логических устройств, базовых логических схем), объединяемых по правилам и законам (аксиомам) алгебры вентилей в схемы, модули.
Логический вентиль (далее - просто вентиль) - это своего рода атом, из которого состоят электронные узлы ЭВМ. Он работает по принципу крана (отсюда и название), открывая или закрывая путь сигналам.
Логические схемы предназначены для реализации различных функций алгебры логики и реализуются с помощью трех базовых логических элементов (вентилей, логических схем или так называемых переключательных схем). Они воспроизводят функции полупроводниковых схем.
Работу вентильных, логических схем мы, как и принято, будем рассматривать в двоичной системе и на математическом, логическом уровне, не затрагивая технические аспекты (аспекты микроэлектроники, системотехники, хотя они и очень важны в технической информатике).
Логические функции отрицания, дизъюнкции и конъюнкции реализуют, соответственно, логические схемы, называемые инвертором, дизъюнктором и конъюнктором.
Логическая функция "инверсия", или отрицание, реализуется логической схемой (вентилем), называемой инвертор.
Принцип его работы можно условно описать следующим образом: если, например, "0" или "ложь" отождествить с тем, что на вход этого устройства скачкообразно поступило напряжение в 0 вольт, то на выходе получается 1 или "истина", которую можно также отождествить с тем, что на выходе снимается напряжение в 1 вольт.
Аналогично, если предположить, что на входе инвертора будет напряжение в 1 вольт ("истина"), то на выходе инвертора будет сниматься 0 вольт, то есть "ложь".
Функцию отрицания можно условно отождествить с электрической схемой соединения в цепи с лампочкой (рис.2), в которой замкнутая цепь соответствует 1 ("истина") или х = 1, а размыкание цепи соответствует 0 ("ложь") или х = 0.
Дизъюнкцию реализует логическое устройство (вентиль) называемое дизьюнктор.
Дизъюнктор условно изображается схематически электрической цепью вида.
Конъюнкцию реализует логическая схема (вентиль), называемая конъюнктором.
Конъюнктор можно условно изобразить схематически электрической цепью вида.
Из указанных простейших базовых логических элементов собирают, конструируют сложные логические схемы ЭВМ, например, сумматоры, шифраторы, дешифраторы и др. Большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы содержат в своем составе (на кристалле кремния площадью в несколько квадратных сантиметров) десятки тысяч вентилей. Это возможно еще и потому, что базовый набор логических схем (инвертор, конъюнктор, дизъюнктор) является функционально полным (любую логическую функцию можно представить через эти базовые вентили), представление логических констант в них одинаково (одинаковы электрические сигналы, представляющие 1 и 0) и различные схемы можно "соединять" и "вкладывать" друг в друга (осуществлять композицию и суперпозицию схем).
Таким способом конструируются более сложные узлы ЭВМ - ячейки памяти, регистры, шифраторы, дешифраторы, а также сложнейшие интегральные схемы.
Пример. В двоичной системе таблицу суммирования цифры x и цифры y и получения цифры z с учетом переноса p в некотором разряде чисел x и y можно изобразить таблицей вида
x |
y |
z |
p |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
логический вентиль функция
Эту таблицу можно интерпретировать как совместно изображаемую таблицу логических функций (предикатов) вида
Пример. "Черным ящиком" называется некоторое закрытое устройство (логическая, электрическая или иная схема), содержимое которого неизвестно и может быть определено (идентифицировано) только по отдельным проявлениям входа/выхода ящика (значениям входных и выходных сигналов). В "черном ящике" находится некоторая логическая схема, которая в ответ на некоторую последовательность входных (для ящика) логических констант выдает последовательность логических констант, получаемых после выполнения логической схемы внутри "черного ящика". Определим логическую функцию внутри "черного ящика", если операции выполняются с логическими константами для входных последовательностей (поразрядно). Например, х = 00011101 соответствует последовательности поступающих значений: "ложь", "ложь", "ложь", "истина", "истина", "истина", "ложь", "истина".
Из анализа входных значений (входных сигналов) х, у и поразрядного сравнения логических констант в этих сообщениях с константами в значении z - результате выполнения функции в "черном ящике", видно, что подходит, например, функция вида
Действительно, в результате "поразрядного" сравнения сигналов (последовательностей значений "истина", "ложь") получаем следующие выражения (последовательности логических констант):
Пример. Попробуйте самостоятельно выписать функцию для "черного ящика"?
Важной задачей (технической информатики) является минимизация числа вентилей для реализации той или иной схемы (устройства), что необходимо для более рационального, эффективного воплощения этих схем, для большей производительности и меньшей стоимости ЭВМ.
Эту задачу решают с помощью методов теоретической информатики (методов булевой алгебры).
Пример. Построим схему для логической функции
Схема, построенная для этой логической функции, приведена на рис.
Пример. Определим логическую функцию
реализуемую логической схемой вида
Искомая логическая функция, если выписать ее последовательно, заполняя "верх" каждой стрелки, будет иметь следующий вид:
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Применение математических методов для решения логических задач и построения логических схем. Определение и реализация булевых функций. Основные схемы функциональных элементов. Программируемые логические матрицы. Правила составления таблицы истинности.
курсовая работа [821,6 K], добавлен 19.03.2012Исследование принципа работы основных логических элементов цифровых устройств. Описания вычислительных машин непрерывного и дискретного действия. Инверсия конъюнкции, дизъюнкции и равнозначности. Разработка программы, реализующей логические операции.
практическая работа [230,8 K], добавлен 25.03.2015Понятие логических выражений, их назначение в создании алгоритмов. Список операторов сравнения, используемых в табличном редакторе Excel. Синтаксис функции "если" и примеры ее использования. Логические операторы "и", "или", "не", "истина", "ложь".
презентация [108,9 K], добавлен 07.03.2013Проектирование арифметико-логических устройств (АЛУ). Отладка описания логических схем на языке VHDL. Классификация АЛУ по способу представления чисел, характеру использования элементов и узлов. Список стандартных функций АЛУ, его описание на языке VHDL.
лабораторная работа [633,4 K], добавлен 11.03.2014Типовые комбинационные схемы. Основы математического аппарата анализа и синтеза логических устройств. Функциональная полнота элементов Шеффера и Пирса. Логические элементы, образующие логический базис. Особенности синтеза схем с запрещенными комбинациями.
методичка [977,1 K], добавлен 28.04.2009Основные понятия алгебры логики. Логические основы работы ЭВМ. Вычислительные устройства как устройства обработки информации. Основные формы мышления. Обзор базовых логических операций. Теоремы Булевой алгебры. Пути минимизации логических функций.
контрольная работа [62,8 K], добавлен 17.05.2016Изучение логических операций и правил их преобразований. Моделирование цифровых схем, состоящих из логических вентилей. Способы описания работы логического устройства - таблицы истинности, временные диаграммы, аналитические функции, цифровые схемы.
лабораторная работа [2,1 M], добавлен 02.03.2011Логическая равносильность преобразования, его применение к математическим доказательствам. Применение аппарата булевских функций к синтезу комбинационных схем. Вычисление логических операций выполняемых микропроцессором. Значение истинности высказываний.
методичка [147,4 K], добавлен 24.12.2010Генератор для входных параметров логических элементов. Ключевые понятия и принципы конструирования функциональных схем электронных устройств. Схемы некоторых устройств компьютера. Творческая мастерская Excel-графики, вентильные сказки братьев Гейтс.
методичка [2,1 M], добавлен 16.03.2014Кодирование символьной и числовой информации. Основные системы счисления. Двоичная система счисления. Устройства вывода информации. Правила выполнения арифметических операций. Логические основы построения, функциональные узлы ЭВМ. Синтез логических схем.
презентация [1,2 M], добавлен 08.11.2016