Базовые логические элементы

Логический элемент компьютера — это часть электронной логической схемы цифрового автомата, которая реализует элементарную логическую функцию.

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И (конъюнктор), ИЛИ (дизъюнктор), НЕ (инвертор), И—НЕ, ИЛИ—НЕ и другие (называемые также вентилями), а также триггер, как элемент памяти.

С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода.

Чтобы представить два логических состояния — «1» и «0» в вентилях, соответствующие им входные и выходные сигналы имеют один из двух установленных уровней напряжения. Например, +5 В и 0 В. Высокий уровень обычно соответствует значению «истина» (1), а низкий — значению «ложь» (0).

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание сложных логических схем.

Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности.

Таблица истинности – это табличное представление логической схемы (операции), в котором перечислены все возможные сочетания значений истинности входных сигналов (операндов) вместе со значением истинности выходного сигнала (результата операции) для каждого из этих сочетаний.

В табл. 1 сведены обозначения и таблицы истинности основных логических элементов.

Таблица 1. Логические элементы, используемые в персональных компьютерах

Назначение элемента и реализуемая функция	Условное обозначение	Таблица истинности
Схема Иреализует конъюнкцию двух или более логических значений: x Ù y		x y x Ù y
Схема ИЛИреализует дизъюнкцию двух или более логических значений: x Ú y		x y x Ú y
Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания:		x
Схема И—НЕ осуществляет отрицание результата схемы И:		x y
Схема ИЛИ—НЕ осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ:		x y

Триггер (от англ. trigger — защёлка)— это электронная схема, широко применяемая в регистрах компьютера для надёжного запоминания одного разряда двоичного кода. Триггер имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует двоичной 1, а другое — двоичному 0.

Самый распространённый тип триггера —RS-триггер (S и R, соответственно, от англ. set — установка, и reset — сброс). Условное обозначение триггера:

Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и , причем выходной сигнал Q является логическим отрицанием сигнала .

На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов. Наличие импульса на входе будем считать 1, а его отсутствие — 0.

На рис. 1 показана реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ—НЕ и соответствующая таблица истинности.

S	R	Q
		запрещено
		хранение бита

Рис. 1.

Проанализируем возможные комбинации значений входов R и S триггера, используя его схему и таблицу истинности схемы ИЛИ—НЕ:

1. Если на входы триггера подать S =“1”, R =“0”, то (независимо от состояния) на выходе Q верхнего вентиля появится “0”. После этого на входах нижнего вентиля окажется R =“0”, Q =“0” и выход станет равным “1”.

2. Точно так же при подаче “0” на вход S и “1” на вход R на выходе появится “0”, а на Q — “1”.

3. Если на входы R и S подана логическая “1”, то состояние Q и не меняется.

4. Подача на оба входа R и S логического “0” может привести к неоднозначному результату, поэтому эта комбинация входных сигналов запрещена.