Mantık kapısı - Logic gate

Bir mantık kapısı , idealize bir hesaplama modeli ya da fiziksel elektronik bir uygulama cihazı Boole fonksiyonu , bir mantıksal işlem , bir ya da daha fazlası üzerinde ikili tek bir ikili çıkışı üretir girişler. Bağlama bağlı olarak, terim, örneğin sıfır yükselme süresi ve sınırsız yayılımı olan ideal bir mantık geçidine atıfta bulunabilir veya ideal olmayan bir fiziksel cihaza atıfta bulunabilir ( karşılaştırma için bkz. İdeal ve gerçek op-amp'ler) . ).

Mantık kapıları öncelikle elektronik anahtarlar gibi davranan diyotlar veya transistörler kullanılarak uygulanır , ancak vakum tüpleri , elektromanyetik röleler ( röle mantığı ), akışkan mantık , pnömatik mantık , optik , moleküller ve hatta mekanik elemanlar kullanılarak da oluşturulabilir. Amplifikasyon ile, mantık kapıları, Boolean fonksiyonlarının oluşturulabileceği şekilde basamaklandırılabilir, böylece Boole mantığının tamamının ve dolayısıyla Boole mantığı ile tanımlanabilecek tüm algoritmaların ve matematiğin fiziksel bir modelinin oluşturulmasına izin verilir .

Mantık devreleri , çoklayıcılar , kayıtlar , aritmetik mantık birimleri (ALU'lar) ve bilgisayar belleği gibi cihazları , 100 milyondan fazla kapı içerebilen eksiksiz mikroişlemcileri içerir. Modern uygulamada, çoğu kapı MOSFET'lerden (metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistörler ) yapılır.

Bileşik mantık kapıları AND-OR-Invert (AOI) ve OR-AND-Invert (OAI) genellikle devre tasarımında kullanılır, çünkü MOSFET'leri kullanan yapıları tek tek kapıların toplamından daha basit ve daha verimlidir.

Olarak geri dönüşümlü mantığına , Toffoli kapılar kullanılır.

elektronik kapılar

Bir fonksiyonel olarak tam olan mantık sistemi oluşabilir röleler , valf (vakum tüpleri) ya da transistörler . En basit mantık kapıları ailesi bipolar transistörler kullanır ve buna direnç-transistör mantığı (RTL) denir . Basit diyot mantık kapılarının (kazanç elemanı olmayan) aksine, RTL kapıları daha karmaşık mantık fonksiyonları üretmek için süresiz olarak kademelendirilebilir. RTL kapıları, erken entegre devrelerde kullanıldı . Daha yüksek hız ve daha iyi yoğunluk için, RTL'de kullanılan dirençler, diyot-transistör mantığı (DTL) ile sonuçlanan diyotlarla değiştirildi . Transistör-transistör mantığı (TTL) daha sonra DTL'nin yerini aldı. Entegre devreler daha karmaşık hale geldikçe, bipolar transistörlerin yerini daha küçük alan etkili transistörler ( MOSFET'ler ) aldı; bkz PMOS ve NMOS . Güç tüketimini daha da azaltmak için, dijital sistemlerin en çağdaş çip uygulamaları artık CMOS mantığını kullanıyor. CMOS, düşük güç tüketimi ile yüksek hız elde etmek için tamamlayıcı (hem n-kanal hem de p-kanal) MOSFET cihazları kullanır.

Küçük ölçekli mantığı için, tasarımcılar artık gibi cihazların ailelerinden prefabrik mantık kapıları kullanmak TTL 7400 serisi ile Texas Instruments , CMOS 4000 serisi ile RCA ve onların daha yeni torunları. Giderek artan bir şekilde, bu sabit işlevli mantık kapıları, tasarımcıların birçok karışık mantık kapısını tek bir entegre devrede toplamasına izin veren programlanabilir mantık cihazları ile değiştiriliyor . FPGA'lar gibi programlanabilir mantık cihazlarının sahada programlanabilir doğası , donanımın 'hard' özelliğini azaltmıştır; bazı bileşenlerini yeniden programlayarak bir donanım sisteminin mantık tasarımını değiştirmek artık mümkündür, böylece bir mantık sisteminin donanım uygulamasının özelliklerinin veya işlevinin değiştirilmesine izin verilir. Diğer mantık kapıları türleri şunları içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir:

mantık ailesi Kısaltma Açıklama
diyot mantığı DL
Tünel diyot mantığı TDL Diyot mantığı ile tamamen aynıdır ancak daha yüksek bir hızda çalışabilir.
neon mantık NL Mantık gerçekleştirmek için neon ampuller veya 3 element neon tetik tüpleri kullanır.
Çekirdek diyot mantığı CDL Orta hız ve orta güç seviyesi için yarı iletken diyotlar ve küçük ferrit toroidal çekirdekler tarafından gerçekleştirilir.
4 Katmanlı Cihaz Mantığı 4LDL Yüksek akım ve/veya yüksek gerilimlerin gerekli olduğu durumlarda mantıksal işlemleri gerçekleştirmek için tristörleri ve SCR'leri kullanır.
Doğrudan bağlı transistör mantığı DCTL Mantık gerçekleştirmek için doymuş ve kesme durumları arasında geçiş yapan transistörleri kullanır. Transistörler dikkatle kontrol edilen parametreler gerektirir. Ekonomiktir çünkü birkaç başka bileşene ihtiyaç vardır, ancak kullanılan daha düşük voltaj seviyeleri nedeniyle gürültüye duyarlı olma eğilimindedir. Genellikle modern TTL mantığının babası olarak kabul edilir.
Metal-oksit-yarı iletken mantığı MOS Çoğu modern mantık kapısının temeli olan MOSFET'leri (metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistörler) kullanır . MOS mantık ailesi, PMOS mantığı , NMOS mantığı , tamamlayıcı MOS (CMOS) ve BiCMOS (bipolar CMOS) içerir.
Geçerli mod mantığı KML Mantığı gerçekleştirmek için transistörler kullanır, ancak doygunluğu önlemek ve son derece hızlı anahtarlamaya izin vermek için önyargı sabit akım kaynaklarından gelir. Oldukça düşük mantık seviyelerine rağmen yüksek gürültü bağışıklığına sahiptir.
Kuantum noktalı hücresel otomatlar QCA İkili mantık bitlerini sentezlemek için tünellenebilir q bitlerini kullanır. Kuantum noktalarındaki iki elektron arasındaki elektrostatik itme kuvveti, uygun şekilde sürülen polarizasyonlar altında elektron konfigürasyonlarını (yüksek seviye mantık durumu 1 veya düşük seviye mantık durumu 0'ı tanımlar) atar. Bu, çok yüksek çalışma hızlarına sahip olmasını sağlayan transistörsüz, akımsız, bağlantısız bir ikili mantık sentez tekniğidir.

Elektronik mantık kapıları, röle ve anahtar eşdeğerlerinden önemli ölçüde farklıdır. Çok daha hızlıdırlar, çok daha az güç tüketirler ve çok daha küçüktürler (çoğu durumda hepsi bir milyon kat veya daha fazla). Ayrıca, temel bir yapısal farklılık vardır. Anahtar devresi, akımın girişi ve çıkışı arasında (her iki yönde) akması için sürekli bir metalik yol oluşturur. Yarı iletken mantık kapısı ise girişinde küçük bir akımı batıran ve çıkışında düşük empedanslı bir voltaj üreten yüksek kazançlı bir voltaj yükselticisi görevi görür . Bir yarı iletken mantık geçidinin çıkışı ve girişi arasında akım akışı mümkün değildir.

7400 ve 4000 aileleri gibi standartlaştırılmış tümleşik devre mantık ailelerinin bir diğer önemli avantajı, bunların basamaklandırılabilmesidir. Bu, bir geçidin çıkışının bir veya birkaç diğer geçidin girişlerine bağlanabileceği ve bu şekilde devam edebileceği anlamına gelir. Her bir entegre devrenin sınırlamaları göz önüne alındığında, kapıların iç işleyişi için tasarımcının büyük bir endişesi olmadan değişen derecelerde karmaşıklığa sahip sistemler inşa edilebilir.

Bir geçidin çıktısı, diğer kapılara yalnızca sonlu sayıda girişi sürdürebilir, bu sayıya ' yayılma sınırı' adı verilir . Ayrıca, bir geçidin girişindeki bir değişiklikten çıkışındaki karşılık gelen değişikliğe kadar her zaman ' yayılma gecikmesi ' adı verilen bir gecikme vardır . Kapılar kademeli olduğunda, toplam yayılma gecikmesi yaklaşık olarak bireysel gecikmelerin toplamıdır, bu yüksek hızlı devrelerde sorun haline gelebilen bir etkidir. Tüm girişlerin ve kablolamanın dağıtılmış kapasitansı ve her çıkışın sağlayabileceği sonlu akım miktarı nedeniyle, birçok giriş bir çıkışa bağlandığında ek gecikmeye neden olabilir.

Tarih ve gelişim

İkili sayı sistemi tarafından rafine edilmiş Gottfried Wilhelm Leibniz antik etkisinde (1705 yılında yayınlanmıştır), I Ching ' ın ikili sistemde. Leibniz, ikili sistemi kullanmanın aritmetik ve mantık ilkelerini birleştirdiğini belirledi .

Charles Sanders Peirce , 1886 tarihli bir mektupta, elektrik anahtarlama devreleri tarafından mantıksal işlemlerin nasıl gerçekleştirilebileceğini açıkladı. Sonunda, vakum tüpleri mantık işlemleri için rölelerin yerini aldı. Lee De Forest'ın 1907'deki Fleming valfi modifikasyonu bir mantık kapısı olarak kullanılabilir. Ludwig Wittgenstein , Tractatus Logico-Philosophicus'un (1921) 5.101 önermesi olarak 16 satırlı doğruluk tablosunun bir versiyonunu tanıttı . Tesadüf devresinin mucidi Walther Bothe , 1924'te ilk modern elektronik AND kapısı için 1954 Nobel Fizik Ödülü'nün bir parçası oldu. Konrad Zuse , bilgisayarı Z1 için (1935'ten 1938'e kadar) elektromekanik mantık kapıları tasarladı ve üretti .

1934'ten 1936'ya kadar NEC mühendisi Akira Nakashima , Claude Shannon ve Viktor Shetakov , bağımsız olarak keşfettikleri iki değerli Boole cebirinin anahtarlama devrelerinin çalışmasını tanımlayabileceğini gösteren bir dizi makalede anahtarlama devresi teorisini tanıttı . Mantık uygulamak için elektrik anahtarlarının bu özelliğini kullanmak, tüm elektronik dijital bilgisayarların altında yatan temel kavramdır . Anahtarlama devresi teorisi, II. Dünya Savaşı sırasında ve sonrasında elektrik mühendisliği camiasında yaygın olarak bilindiği için dijital devre tasarımının temeli oldu ve teorik titizlik daha önce geçerli olan geçici yöntemlerin yerini aldı.

PMOS ve NMOS formlarındaki metal oksit-yarı iletken (MOS) cihazları 1960 yılında Bell Labs mühendisleri Mohamed M. Atalla ve Dawon Kahng tarafından gösterildi. Her iki tip daha sonra Chih-Tang tarafından birleştirildi ve tamamlayıcı MOS (CMOS) mantığına uyarlandı. Sah ve Frank Wanlass de Fairchild Semiconductor 1963 yılında.

Moleküler mantık kapılarında aktif araştırmalar yapılmaktadır .

Semboller

ANSI/IEEE Std.'ye uygun olarak senkronize 4-bit yukarı/aşağı onlu sayaç sembolü (74LS192). 91-1984 ve IEC Yayını 60617-12.

Her ikisi de ANSI / IEEE Std 91-1984'te ve eki ANSI/IEEE Std 91a-1991'de tanımlanan, ortak kullanımdaki temel mantık kapıları için iki sembol seti vardır . Geleneksel şemalara dayanan "ayırt edici şekil" seti, basit çizimler için kullanılır ve 1950'ler ve 1960'ların Amerika Birleşik Devletleri Askeri Standardı MIL-STD-806'dan türetilmiştir . Bazen gayri resmi olarak kökenini yansıtan "askeri" olarak tanımlanır. ANSI Y32.14'e ve daha sonra IEEE ve IEC tarafından rafine edilen diğer erken endüstri standartlarına dayanan "dikdörtgen şekil" seti, her tür kapı için dikdörtgen anahatlara sahiptir ve geleneksel ile mümkün olandan çok daha geniş bir cihaz yelpazesinin temsil edilmesine olanak tanır. semboller. IEC standardı, IEC 60617-12, aşağıdakiler gibi diğer standartlara, tarafından kabul edilmiştir EN Avrupa'da 1999: 60617-12 BS EN 60617-12: Birleşik Krallık'ta 1999 ve DIN EN 60617-12: 1998 Almanya'da.

IEEE Std 91-1984 ve IEC 60617-12'nin ortak amacı, dijital devrelerin karmaşık mantık fonksiyonlarını şematik sembollerle açıklamak için tek tip bir yöntem sağlamaktı. Bu işlevler, basit AND ve OR kapılarından daha karmaşıktı. Mikroişlemci gibi büyük ölçekli bir devreye karşı 4 bitlik bir sayaç gibi orta ölçekli devreler olabilirler.

IEC 617-12 ve halefi IEC 60617-12, "ayırt edici şekil" sembollerini açıkça göstermez, ancak bunları yasaklamaz. Ancak bunlar ANSI/IEEE 91'de (ve 91a) şu notla gösterilmektedir: "Ayırt edici şekil sembolü, IEC Yayını 617, Bölüm 12'ye göre tercih edilmez, ancak bu standarda aykırı olduğu düşünülmez. " IEC 60617-12 buna uygun olarak notu içerir (Bölüm 2.1) "Tercih edilmemesine rağmen, resmi ulusal standartlar tarafından tanınan diğer sembollerin kullanımı, yani semboller [temel kapılar listesi] yerine ayırt edici şekiller, kabul edilmeyecektir. bu standarda aykırıdır. Karmaşık semboller oluşturmak için bu diğer sembollerin bir arada kullanılması (örneğin, gömülü semboller olarak kullanılması) önerilmez." Bu uzlaşma, ilgili IEEE ve IEC çalışma grupları arasında, IEEE ve IEC standartlarının birbiriyle karşılıklı uyum içinde olmasına izin vermek için sağlandı.

Üçüncü bir sembol stili olan DIN 40700 (1976), Avrupa'da kullanımdaydı ve hala Avrupa akademisinde yaygın olarak kullanılmaktadır, Almanca Wikipedia'daki mantık tablosuna bakın .

1980'lerde şemalar, hem devre kartlarını hem de kapı dizileri olarak bilinen özel IC'leri tasarlamak için baskın yöntemdi . Günümüzde özel IC'ler ve sahada programlanabilen geçit dizisi , tipik olarak Verilog veya VHDL gibi Donanım Tanımlama Dilleri (HDL) ile tasarlanmaktadır .

Tip Ayırt edici şekil
(IEEE Std 91/91a-1991)
Dikdörtgen şekil
(IEEE Std 91/91a-1991)
(IEC 60617-12:1997)
A ve B arasındaki Boole cebiri Doğruluk şeması
1-Giriş kapıları
Tampon

arabellek sembolü

arabellek sembolü

GİRİŞ ÇIKTI
A Q
0 0
1 1
DEĞİL
(invertör)

DEĞİL sembolü

DEĞİL sembolü

veya
GİRİŞ ÇIKTI
A Q
0 1
1 0
Elektronikte bir NOT kapısına daha çok invertör denir. Sembolün üzerindeki daireye balon denir ve mantık diyagramlarında harici mantık durumu ile dahili mantık durumu (1'den 0'a veya tam tersi) arasındaki mantık olumsuzluğunu belirtmek için kullanılır. Bir devre şemasında, pozitif mantık kuralının veya negatif mantık kuralının kullanıldığını belirten bir ifade eşlik etmelidir (sırasıyla yüksek voltaj seviyesi = 1 veya düşük voltaj seviyesi = 1). Kama doğrudan devre diyagramı boyunca muntazam bir kongre gerektirmeden bir aktif-düşük (düşük voltaj seviyeli = 1) giriş ve çıkış belirtmek için devre planı olarak kullanılır. Buna Doğrudan Polarite Göstergesi denir . Bkz. IEEE Std 91/91A ve IEC 60617-12. Hem kabarcık hem de kama , kullanılan mantık kuralına bağlı olarak, devre şemalarındaki ayırt edici şekilli ve dikdörtgen şekilli sembollerde kullanılabilir. Saf mantık diyagramlarında yalnızca balon anlamlıdır.
Bağlaç ve Ayrışma
VE

VE sembolü

VE sembolü

veya
GİRİŞ ÇIKTI
A B Q
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
VEYA

VEYA sembolü

VEYA sembolü

veya
GİRİŞ ÇIKTI
A B Q
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Alternatif inkar ve Ortak inkar
NAND

NAND sembolü

NAND sembolü

veya
GİRİŞ ÇIKTI
A B Q
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
NOR NOR sembolü NOR sembolü veya
GİRİŞ ÇIKTI
A B Q
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
Özel veya ve İki Koşullu
XOR XOR sembolü XOR sembolü veya
GİRİŞ ÇIKTI
A B Q
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
İki girişli özel VEYA'nın çıktısı, yalnızca iki giriş değeri farklı olduğunda true , değerden bağımsız olarak eşitse false olur. İkiden fazla giriş varsa, ayırt edici şekilli sembolün çıkışı tanımsızdır. Dikdörtgen şeklindeki sembolün çıktısı, doğru girişlerin sayısı tam olarak bir veya tam olarak niteleyici semboldeki "="'den sonraki sayıysa doğrudur.
XNOR XNOR sembolü XNOR sembolü veya
GİRİŞ ÇIKTI
A B Q
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1

doğruluk tabloları

1 girişli mantık kapılarının çıkış karşılaştırması.

GİRİŞ ÇIKTI
A Tampon Çevirici
0 0 1
1 1 0

2 girişli mantık kapılarının çıkış karşılaştırması.

GİRİŞ ÇIKTI
A B VE NAND VEYA NOR XOR XNOR
0 0 0 1 0 1 0 1
0 1 0 1 1 0 1 0
1 0 0 1 1 0 1 0
1 1 1 0 1 0 0 1

Evrensel mantık kapıları

Dört NAND içeren 7400 yongası. İki ek pin güç (+5 V) sağlar ve toprağı bağlar.

Charles Sanders Peirce (1880–81 sırasında) NOR kapılarının (veya alternatif olarak tek başına NAND kapılarının ) diğer tüm mantık kapılarının işlevlerini yeniden üretmek için kullanılabileceğini gösterdi, ancak onun üzerindeki çalışması 1933'e kadar yayınlanmadı. tarafından Henry M. Sheffer'ın 1913, yani NAND mantıksal işlem kimi kez adlandırıldığı Sheffer felç ; NOR mantıksal bazen denir Peirce oku . Sonuç olarak, bu kapılara bazen evrensel mantık kapıları denir .

tip NAND inşaat NE DE inşaat
OLUMSUZ NAND.svg'den DEĞİL NOR.svg'den DEĞİL
VE VE NAND.svg'den VE NOR.svg'den
NAND NAND ANSI Labelled.svg NOR.svg'den NAND
VEYA VEYA NAND.svg'den VEYA NOR.svg'den
NOR NAND.svg'den NOR NOR ANSI Labelled.svg
XOR NAND.svg'den XOR NOR.svg'den XOR
XNOR NAND.svg'den XNOR NOR.svg'den XNOR

De Morgan eşdeğer sembolleri

Kullanımı ile De Morgan yasaları , bir AND işlevi aynıdır VEYA negated giriş ve çıkışlar ile fonksiyonu. Benzer şekilde, bir VEYA işlevi, olumsuzlanmış giriş ve çıkışlara sahip bir VE işleviyle aynıdır . Bir NAND kapısı, olumsuzlanmış girişlere sahip bir OR kapısına eşdeğerdir ve bir NOR kapısı, olumsuzlanmış girişlere sahip bir AND kapısına eşdeğerdir.

Bu, zıt çekirdek sembolünü ( AND veya OR ) kullanan, ancak girişler ve çıkışlar olumsuzlanan temel kapılar için alternatif bir sembol setine yol açar . Bu alternatif sembollerin kullanılması, mantık devre şemalarını çok daha net hale getirebilir ve aktif bir yüksek çıkışın aktif bir düşük girişe yanlışlıkla bağlanmasını veya bunun tersini göstermeye yardımcı olabilir. Her iki ucunda da mantık olumsuzlamaları olan herhangi bir bağlantı, olumsuzlamasız bir bağlantı ve uygun bir kapı değişikliği ile değiştirilebilir veya bunun tersi de yapılabilir. Bir ucunda olumsuzlama ve diğer ucunda olumsuzlama olmayan herhangi bir bağlantı, bunun yerine iki uçtan herhangi birinde De Morgan eşdeğer sembolü kullanılarak daha kolay yorumlanabilir. Bir bağlantının her iki ucundaki olumsuzlama veya kutupluluk göstergeleri eşleştiğinde, bu yolda mantık olumsuzlaması olmaz (etkili olarak, baloncuklar "iptal"), bu da mantık durumlarını bir sembolden diğerine takip etmeyi kolaylaştırır. Bu genellikle gerçek mantık diyagramlarında görülür – bu nedenle okuyucu, şekilleri yalnızca VEYA veya VE şekilleri olarak ilişkilendirme alışkanlığı edinmemeli, aynı zamanda "gerçek" mantığı belirlemek için hem giriş hem de çıkışlardaki baloncukları hesaba katmalıdır. gösterilen fonksiyon.

Bir De Morgan sembolü, bir geçidin birincil mantıksal amacını ve "sinyalli" (aktif, açık) durumda kabul edilen düğümlerinin polaritesini daha açık bir şekilde gösterebilir. Girişlerinden herhangi biri bir anahtar tarafından düşürüldüğünde bir motoru sürmek için iki girişli bir NAND geçidinin kullanıldığı basitleştirilmiş durumu düşünün. "Sinyallenmiş" durum (motor açık), anahtarlardan biri VEYA diğeri açık olduğunda oluşur. AND mantığını öneren normal bir NAND sembolünden farklı olarak, iki negatif girişli OR geçidi olan De Morgan versiyonu, OR'nin ilgi çekici olduğunu doğru bir şekilde gösterir. Normal NAND sembolünün çıkışında bir baloncuk vardır ve girişlerde hiçbiri yoktur (motoru çalıştıracak durumların tersi), ancak De Morgan sembolü motoru çalıştıracak polaritede hem girişleri hem de çıkışı gösterir.

De Morgan'ın teoremi, en yaygın olarak, ekonomik nedenlerle mantık kapılarını yalnızca NAND kapılarının kombinasyonları olarak veya yalnızca NOR kapılarının kombinasyonları olarak uygulamak için kullanılır.

Veri depolama

Mantık kapıları, verileri depolamak için de kullanılabilir. Bir " mandal " devresinde birkaç kapı bağlanarak bir depolama elemanı oluşturulabilir . Saat sinyallerini kullanan ve yalnızca saatin yükselen veya düşen kenarında değişen daha karmaşık tasarımlara kenar tetiklemeli " parmak arası terlik " denir . Biçimsel olarak bir flip-flop, iki kararlı devre olarak adlandırılır, çünkü süresiz olarak koruyabileceği iki kararlı duruma sahiptir. Çok bitli bir değeri depolamak için birden çok flip-flop'un paralel olarak birleşimi, yazmaç olarak bilinir. Bu geçit kurulumlarından herhangi birini kullanırken, genel sistemin belleği vardır; çıktısı önceki durum(lar)dan, yani girdi durumlarının dizisinden etkilenebildiğinden , daha sonra sıralı mantık sistemi olarak adlandırılır . Buna karşılık, birleşimsel mantıktan gelen çıktı , önceki girdi ve çıktı durumlarından etkilenmeyen, yalnızca mevcut girdilerinin bir birleşimidir.

Bu mantık devreleri bilgisayar belleği olarak bilinir . Hız , karmaşıklık ve depolamanın güvenilirliği gibi faktörlere bağlı olarak performansları farklılık gösterir ve uygulamaya bağlı olarak birçok farklı tasarım türü kullanılır.

Üç durumlu mantık kapıları

Üç durumlu bir arabellek, bir anahtar olarak düşünülebilir. Eğer B üzerindedir, anahtar kapalıdır. B kapalıysa, anahtar açıktır.

Üç durumlu bir mantık kapısı, üç farklı çıkışa sahip olabilen bir tür mantık kapısıdır: yüksek (H), düşük (L) ve yüksek empedans (Z). Yüksek empedans durumu, kesinlikle ikili olan mantıkta hiçbir rol oynamaz. Bu cihazlar, birden fazla çipin veri göndermesine izin vermek için CPU'nun veri yollarında kullanılır . Uygun bir kontrol devresine sahip bir hattı süren üç durumlu bir grup, temelde ayrı cihazlar veya eklenti kartlar üzerinde fiziksel olarak dağıtılabilen bir çoklayıcıya eşdeğerdir .

Elektronikte, yüksek bir çıkış, çıkışın pozitif güç terminalinden (pozitif voltaj) akım sağladığı anlamına gelir. Düşük bir çıkış, çıkışın negatif güç terminaline (sıfır voltaj) doğru aktığı anlamına gelir. Yüksek empedans, çıkışın devreden etkin bir şekilde ayrıldığı anlamına gelir.

Uygulamalar

1990'lardan bu yana, çoğu mantık kapısı, hem NMOS hem de PMOS transistörlerini kullanan CMOS (tamamlayıcı metal oksit yarı iletken) teknolojisinde yapılmıştır. Genellikle milyonlarca mantık kapısı tek bir entegre devrede paketlenir .

RDL (direnç-diyot mantığı), RTL (direnç-transistör mantığı), DTL (diyot-transistör mantığı), TTL (transistör-transistör ) gibi farklı özelliklere (güç tüketimi, hız, maliyet, boyut) sahip birkaç mantık ailesi vardır. mantık) ve CMOS. Ayrıca, standart CMOS mantığına karşı sabit CMOS teknolojisini kullanan ancak daha yavaş PMOS transistörlerinden kaynaklanan hız kaybını önlemek için bazı optimizasyonlar içeren alt varyantlar da vardır.

Elektronik olmayan uygulamalar çeşitlidir, ancak bunlardan birkaçı pratik uygulamalarda kullanılır. Harvard Mark I gibi birçok erken elektromekanik dijital bilgisayar, elektro-mekanik röleler kullanılarak röle mantık kapılarından yapılmıştır . Mantık kapıları , Sorteberg rölesi gibi pnömatik cihazlar veya moleküler ölçekte de dahil olmak üzere mekanik mantık kapıları kullanılarak yapılabilir. Mantık kapıları DNA'dan yapılmıştır (bakınız DNA nanoteknolojisi ) ve MAYA adlı bir bilgisayar oluşturmak için kullanılmıştır (bakınız MAYA-II ). Mantık kapıları kuantum mekanik etkilerden yapılabilir, bkz. kuantum mantık kapısı . Fotonik mantık kapıları doğrusal olmayan optik efektler kullanır.

Prensipte, işlevsel olarak tamamlanmış bir kapıya yol açan herhangi bir yöntem (örneğin, bir NOR veya bir NAND kapısı), herhangi bir tür dijital mantık devresi yapmak için kullanılabilir. Veri yolu sistemleri için 3 durumlu mantığın kullanılmasına gerek olmadığını ve yalnızca basit mantık kapıları (NAND kapıları, NOR kapıları veya AND ve OR kapıları gibi) kullanılarak oluşturulabilen dijital çoklayıcılar ile değiştirilebileceğini unutmayın.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar