Логические устройства и схемы
Задолго до появления электронных приборов была разработана алгебра Буля, описывающая работу логических устройств. Буль показал, что любые логические и вычислительные операции можно выполнить, имея всего три типа логических устройств – инвертор NO (НЕ), устройство логического сложения AND (И) и устройство логического умножения OR (ИЛИ). Более того, это возможно при использовании всего двух комбинированных устройств - AND-NO и OR-NO.
Все эти устройства в настоящее время выпускаются в составе БИС и СБИС, так что конкретные электрические схемы их пользователю неизвестны (да и не нужны). Надо учиться воспринимать их как «черные ящики», которые описываются функциональными зависимостями выходных сигналов от входных.
Инвертор просто инвертирует логический сигнал на его единственном входе. Если на входе действует логический 0, то на выходе будет логическая единица, а если на входе будет логическая 1, то на выходе появится логический 0. Соединив два инвертора в кольцо, можно получить двухстабильное устройство – триггер. Попробуйте сделать это мысленно и убедитесь, что оба состояния и впрямь стабильны.
Двухвходовая схема логического сложения работает следующим образом: если сумма входных сигналов отлична от нуля, то на выходе будет сигнал логической единицы, иначе – логического нуля. А двухвходовая схема логического умножения функционирует так – если произведение сигналов на входа отлично от нуля, то на выходе будет логическая 1, иначе – логический 0. Если на выходе этих схем стоит инвертор, то выходные сигналы будут инвертированы.
Удобно описывать работу логических устройств так называемой таблицей истинности:
NO AND AND-NO OR OR-NO
i o i1 i2 o o i1 i2 o o
0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
1 0 1 0 1 0 1 0 0 1
0 1 1 0 0 1 0 1
1 1 1 0 1 1 1 0
Она устанавливает связь между логическими значениями сигналов на входах (i – input) логических устройств и сигналом на их выходе (o – output).
Эти схемы составляют основу арифметико-логического устройства (АЛУ) процессоров и микропроцессоров. Будучи выполненными на описанных выше сверхскоростных транзисторах, такие схемы обладают уникально высоким быстродействием.
