Poarta logica

O poartă logică  este un element de bază al unui circuit digital care efectuează o operație logică elementară [1] , transformând astfel un set de semnale logice de intrare într-un semnal logic de ieșire. Logica de funcționare a porții se bazează pe operații pe biți [2] cu semnale digitale de intrare ca operanzi . La crearea unui circuit digital, supapele sunt interconectate, în timp ce ieșirea supapei utilizate trebuie conectată la una sau mai multe intrări ale altor supape. În prezent, porțile logice electronice bazate pe tranzistori cu efect de câmp domină dispozitivele digitale create de om , dar în trecut, alte dispozitive, cum ar fi electromagneticerelee , dispozitive hidraulice și dispozitive mecanice. În căutarea unor porți logice mai avansate, dispozitive cuantice [3] [4] , molecule biologice [5] , sisteme termice fononice [6] sunt investigate .

În electronica digitală, nivelul logic al unui semnal este reprezentat ca un nivel de tensiune (care se încadrează în unul dintre cele două intervale) sau ca o valoare a curentului . Depinde de tipul de tehnologie folosită pentru a construi logica electronică [7] . Prin urmare, orice tip de supapă electronică necesită putere pentru a aduce semnalul de ieșire la nivelul dorit.

Istorie

Pentru prima dată, un sistem de numere binar exact din punct de vedere matematic a fost descris în detaliu de către matematicianul german Gottfried Wilhelm Leibniz (publicație din 1705). El a explicat, de asemenea, cum ar putea fi combinate principiile aritmeticii și logicii cu acest sistem.

Primele porți logice au fost implementate mecanic. În 1837, inventatorul englez Charles Babbage a dezvoltat un computer, pe care l-a numit Motor analitic , care este considerat prototipul computerului modern.  

În 1847, matematicianul și logicianul englez George Boole , în tratatul său The Mathematical Analysis of Logic , a pus bazele algebrei moderne a logicii, legând-o cu logica propozițională . În același timp, și-a introdus sistemul algebric , care conținea următoarele funcții: conjuncție (înmulțire logică, operator „ȘI”), disjuncție (adunare logică, operator „SAU”) și negație (operator „NU”). Ulterior, această algebră a fost numită booleană .  

Tot în 1847, matematicianul și logicianul scoțian Augustus de Morgan a publicat reguli referitoare la perechi de operații logice folosind negația logică ( Legile lui De Morgan ).

În 1881, matematicianul și logicianul american Charles Sanders Pierce a demonstrat teoretic că funcția de „inversie a disjuncției” este universală și poate înlocui toate celelalte funcții logice. Această funcție a fost numită „funcția lui Pearce”, semnul operației este săgeata lui Pierce ↓. Mai târziu, elementul care implementează această funcție a fost numit elementul Pierce sau „OR-NOT” ( poarta NOR în engleză  , vezi tabel). Această lucrare a fost publicată abia în 1933.

În 1907, inventatorul american Lee de Forest a introdus un al treilea electrod, o grilă de control , în tubul vidat al lui John Fleming și a obținut o triodă care poate funcționa nu numai ca amplificator de semnale electrice, ci și ca un simplu comutator (supapă). .

În 1913, matematicianul și logicianul american Henry Maurice Schaeffer a demonstrat teoretic că funcția de „inversie a conjuncției” este universală și poate înlocui toate celelalte funcții logice. Această funcție a fost numită „funcția lui Schaeffer”, semnul operației este lovitura lui Schaeffer |. Mai târziu, elementul care implementează această funcție a fost numit elementul Schaeffer sau „ȘI-NU” ( ing.  poarta NAND , vezi tabel).

În 1927, matematicianul și logicianul sovietic rus Ivan Ivanovici Zhegalkin a introdus algebra logicii ca aritmetică a reziduurilor modulo 2. Această funcție universală a fost numită mai târziu polinomul Zhegalkin, iar semnul operației a fost . Mai târziu, elementul care implementează această funcție a fost numit „exclusive OR” ( poarta XOR în engleză ).  

În 1935, inginerul german Konrad Zuse a dezvoltat primele supape electromecanice funcționale pentru computerul său Z1 .

În 1947, William Shockley , John Bardeen și Walter Brattain au creat primul tranzistor bipolar funcțional la Bell Labs . Tranzistorii au înlocuit ulterior tuburile cu vid în majoritatea dispozitivelor electronice, revoluționând designul circuitelor integrate .

Porți logice

poarta logica	Simboluri			Funcție , înregistrare	tabelul de 0adevăr0
	GOST 2.743-91	IEC 60617-12: 1997	US ANSI 91-1984
0NU ( ing.  NU poarta )	0			Negare	0A0 0Y0 0 unu unu 0
0AND ( ing.  AND gate )	0			Conjuncție	0A0 0B0 0Y0 0 0 0 0 unu 0 unu 0 0 unu unu unu
0SAU ( ing.  SAU poarta )	0			Disjuncție	0A0 0B0 0Y0 0 0 0 0 unu unu unu 0 unu unu unu unu
0NOT AND (SI-NOT) ( ing.  NAND gate ) Element Schaeffer	0 00				0A0 0B0 0Y0 0 0 unu 0 unu unu unu 0 unu unu unu 0
0NOT OR (OR-NOT) ( ing.  NOR poarta ) Element perforat	0				0A0 0B0 0Y0 0 0 unu 0 unu 0 unu 0 0 unu unu 0
SAU exclusiv ( ing.  poarta XOR ) adiție modulo 2	0			Disjuncție strictă	0A0 0B0 0Y0 0 0 0 0 unu unu unu 0 unu unu unu 0
SAU exclusiv cu echivalență inversă ( ing.  XNOR gate ) .	0			Echivalenţă	0A0 0B0 0Y0 0 0 unu 0 unu 0 unu 0 0 unu unu unu

Implementare

Note

1. ↑ gpntb.ru - Termenii de microelectronică . Data accesului: 2 ianuarie 2008. Arhivat din original la 27 iunie 2008. (nedefinit)
2. ↑ De exemplu: 2I-NOT ( NAND ), XOR (SAU exclusiv) și altele.
3. ↑ scientific.ru Arhivat 8 octombrie 2006 la Wayback Machine  - Poarta logică cuantică bazată pe supraconductori
4. ↑ pereplet.ru Arhivat 16 februarie 2008 la Wayback Machine  - Porți logice de rotire bazate pe puncte cuantice
5. ↑ skms.impb.psn.ru  - Poarta logica XOR electronica bazata pe ADN .
6. ↑ Wang, Lei și Li, Baowen. Porți logice termice: calcul cu fononi  //  scrisori de revizuire fizică. - APS, 2007. - Vol. 99 , nr. 17 .
7. ↑ Cele mai cunoscute sunt CMOS , TTL , N-MOS , ESL , DTL , RTL .

Vezi și

• Elemente logice
• Un neuron  este un analog structural al unei porți logice.
• Poarta cuantică  - o poartă logică care respectă legile logicii cuantice