Логические элементы

Этот материал понадобится для работы группе "Компьютерщики".
Вопрос исследования: Подчинена ли работа компьютера законам логики?
Цели исследования:

1. Познакомиться с логическими элементами компьютера.
2. Познакомиться с цифровыми логическими элементами.

Пример продукта проектной деятельности:

1. Построить схему сумматора с помощью облачного сервиса.

Информация для теории

Человек, имеющий в своей крови жажду познания, никогда не сможет спокойным взглядом смотреть на свой, например, системный блок или ноутбук. Рано или поздно, становится уже никак нетерпимо, он откроет крышку, извлечет материнскую плату и начнет созерцать. Для незнакомого с электроникой понятного будет мало. Там можно увидеть установленные непонятные предметы разных размеров форм и цветов. Здравый смысл подскажет, что все тут не просто так, а имеет назначение, для чего-то нужно и как-то это железо работает. Начать можно с базовых элементов системной логики. Строение кристаллов полупроводников и схемотехника микросхем напрямую с программированием никак не связаны. Напрямую связана логика работы схем, и для полноты картины будет очень даже интересной темой. Вся современная электроника собрана на транзисторах. Это самый базовый элемент схемы. Меньше активного элемента, чем транзистор, не существует. Малые, средние, большие, сверхбольшие интегральные микросхемы собраны из тех же транзисторов и благодаря специальным технологиям изготовления. На рисунке ниже изображены, для примера, схематически, лазер на на полупроводниках с графическим изображением элементов для удобства понимания и модель транзистора в разрезе. 

В любом случае, физически, современные электронные элементы - это конструкции из слоев полупроводника, созданные по специальным технологиям. Так как речь идет о компьютерах и основах компьютерной системной логики, внимание обращаем на цифровые логические элементы. Это специально разработанные и собранные на транзисторах схемы, которые призваны выполнять логические операции с электрическими сигналами. Это элементы И ИЛИ НЕ. На машинном уровне они реализуют: 

• Операция И Конъюнкция Логическое умножение 
• Операция ИЛИ Дизъюнкция Логическое сложение 
• Операция НЕ Отрицание Логическое отрицание 

Операция И 

Так выглядит графическое изображение на принципиальных схемах электроники и таблица истинности операции.

X	Y	X ^ Y
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Понимать это следует так: На выходе высокий уровень сигнала будет только в том случае, если на всех входах будет высокий уровень. То есть, если на входе X и входе Y присутствует 1, на выходе будет тоже 1. Во всех остальных случаях на выходе будет 0. 

Схема И организует так называемую конъюнкцию(с латинского союз или связь), её еще называют логическим умножением либо логическим И. На практике в схемах И может быть два, три и больше входов. Только тогда на выходе будет высокий уровень сигнала, то есть 1, если на на всех входах высокий уровень. 

Операция ИЛИ 

X	Y	X v Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Элемент ИЛИ работает так: Схема ИЛИ организует дизъюнкцию, логическое сложение, либо говорят просто, логическое ИЛИ. Так же как и схема И может иметь входов больше двух. На выходе низкий уровень сигнала, то есть 0 будет только тогда, когда на всех входах будет 0. Во всех остальных случаях результат равен единице. 

Операция НЕ 

Вход	Выход
0	1
1	0

  

Операция НЕ реализует отрицание входного сигнала. Если на входе высокий уровень, то есть 1, на выходе будет 0. И наоборот, если на входе 0, на выходе 1. Элемент, реализующий операцию НЕ, по сути своей - это схема инвертора.

Закрепление

Понравилось? Оставьте комментарии.