Базовые логические элементы

Чтобы сконструировать устройство, мы должны знать: каким образом следует реализовать логические значения 0 и 1 в виде электрических сигналов на входе и выходе устройства; каким образом описать работу этого устройства: в виде формулы, схемы, таблицы истинности; существует ли алгоритм, позволяющий по известной таблице истинности построить схему устройства; из каких элементов должно состоять устройство. Постановка подобных вопросов и поиск ответов на них привели к построению простейших преобразователей информации, составляющих основу любой вычислительной машины.

Цифровой сигнал - это сигнал, представляющий собой электрический импульс, который может принимать только одно из двух установленных значений (импульс есть - 1, импульса нет - 0). Всякое устройство ЭВМ, выполняющее некоторое действие над цифровыми сигналами, можно рассматривать как функциональный преобразователь, на входы которого с помощью цифровых сигналов подаются исходные двоичные числа (значения аргументов функций), а на выходах мы получаем новые двоичные числа (тоже в виде цифровых сигналов) значения функций, реализующих указанное действие для этих аргументов.

Преобразователь, который, получая сигналы об истинности отдельных высказываний, обрабатывает их и в результате выдает значение логического отрицания, логической суммы или логического произведения этих высказываний, называется логическим элементом.

Базовые логические элементы реализуют три основные логические операции: «И», «ИЛИ», «НЕ».

Логический элемент «НЕ» (инвертор) Логический элемент «НЕ» (инвертор) выдает на выходе сигнал, противоположный сигналу на входе, т. е. на его выходе будет 1, если на вход поступит 0 и наоборот. вход выход X¬X¬X ¬X¬XX Говорят также, что элемент «НЕ» инвертирует значение входной двоичной переменной. Условное обозначение инвертора:

Логический элемент «И» (конъюнктор) Логический элемент «И» (конъюнктор) выдает на выходе значение логического произведения входных сигналов. вход выход XY X & Y & X Y Известным примером последовательного соединения проводников является елочная гирлянда: она горит, когда все лампочки исправны. Если же хотя бы одна из лампочек перегорела, то гирлянда не работает. Условное обозначение конъюнктора:

Логический элемент «ИЛИ» (дизъюнктор) Логический элемент «ИЛИ» (дизъюнктор) выдает на выходе значение логической суммы входных сигналов. вход выход XY X Y X Y Примером параллельного соединения проводников является многорожковая люстра: она не работает только в том случае, если перегорели все лампочки сразу. Условное обозначение дизъюнктора:

Логические элементы «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ» Наряду с инвертором, дизъюнктором и конъюнктором в логических схемах часто используются комбинированные логические элементы «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ», реализующие соответственно отрицание конъюнкции и отрицание дизъюнкции. & X & Y X Y X Y X Y 1 Условные обозначения: «И-НЕ»«ИЛИ-НЕ»

Функциональные схемы и структурные формулы логических устройств Выход одного логического элемента можно соединить с входом другого логического элемента и таким образом получить схемы-цепочки из отдельных логических элементов. Цепочку из логических элементов, в которой выходы одних элементов являются входами других, назовем логическим устройством. Схема соединения логических элементов, реализующая логическую функцию, называется функциональной схемой. Формой описания функции, реализуемой логическим устройством, является структурная формула.