Una puerta de lógica del realiza una operación lógica en uno o más entradas de la lógica y produce una sola salida de la lógica. Porque la salida es también un valor del lógica-nivel, una salida de una puerta de lógica puede conectar con la entrada de uno o más otras puertas de lógica. La lógica realizada normalmente es la lógica boleana y se encuentra lo más comúnmente posible en los circuitos de Digitaces que las puertas de lógica de son sobre todo el ejecutado electrónicamente usar los diodos o los transistores pero que se pueden también construir usar la fluídica electromágnetica de los relais, la óptica, o aún los elementos mecánicos .
En lógica electrónica, un nivel de la lógica es representado por un voltaje o actual, (que depende del tipo de lógica electrónica funcionando). Cada puerta de lógica requiere energía de modo que pueda las corrientes de la fuente y del fregadero alcanzar el voltaje correcto de la salida. En esquemas circulares de lógica la energía no se demuestra, pero en un diagrama esquemático electrónico completo, se requieren las conexiones de energía.
Tabla de verdad
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la tabla de verdad Una tabla de verdad es una tabla que describe el comportamiento de una puerta de lógica. Enumera el valor de la salida para cada combinación posible de las entradas y puede ser utilizada para simplificar el número de puertas de lógica y el nivel de jerarquización en un circuito electrónico. En general la tabla de verdad no lleva a una puesta en práctica eficiente; un procedimiento de la minimización, usar el Karnaugh traza, el algoritmo de Quine-McCluskey o un algoritmo heurístico se requiere para reducir la complejidad de circuito.
Fondo
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la familia de la lógica La forma más simple de lógica electrónica es la lógica del diodo. Esto permite Y y O las puertas que se construirán, pero no los inversores, y así que es una forma incompleta de lógica. Además, sin una cierta clase de amplificación no es posible tener tales operaciones de lógica básicas conectadas en cascada como sea necesario para funciones de lógica más complejas. Para construir un sistema de lógica completo, las válvulas (tubos de vacío) o los transistores pueden ser utilizados. La familia más simple de puertas de lógica usar los transistores bipolares se llama la lógica del Resistor-transistor, o RTL. Desemejante de las puertas de lógica del diodo, las puertas de RTL se pueden conectar en cascada indefinidamente para producir funciones de lógica más complejas. Estas puertas fueron utilizadas en los circuitos integrados tempranos para una velocidad más alta, los resistores usados en RTL fueron substituidas por los diodos, llevando a la lógica del Diodo-transistor, o DTL. Entonces fue descubierto que un transistor podría hacer el trabajo de dos diodos durante un diodo incluso mejor, más rápidamente cambiando de la etapa siguiente, así que la lógica del Transistor-transistor, o la TTL, fue creado. En virtualmente cada tipo de puesta en práctica contemporánea de la viruta de sistemas digitales, los transistores bipolares han sido substituidos por los transistores complementarios (MOSFETs del efecto de campo para reducir el consumo del tamaño y de energía aún más, de tal modo dando por resultado lógica complementaria del metal-óxido-semiconductor ( Cmos ).
Para la lógica en reducida escala, los diseñadores ahora utilizan a las puertas de lógica prefabricadas de las familias de los dispositivos tal como la serie 7400 TTL inventada por el Texas Instruments y la serie 4000 Cmos inventada por RCA, y a sus descendientes más recientes. Tales dispositivos de la TTL contienen generalmente los transistores con los emisores múltiples, usados para ejecutar Y la función, que no están disponibles como componentes separados. Cada vez más, éstos las puertas de lógica de la fijo-función están siendo substituidos por los dispositivos de lógica programable que permiten que los diseñadores embalen un gran número de puertas de lógica mezclada en un solo circuito integrado . La naturaleza field-programmable de los dispositivos de lógica programable tal como FPGAs ha quitado la característica “dura” del hardware; es posible ahora cambiar el diseño de la lógica de un sistema de hardware reprogramando algunos de sus componentes, así permitiendo las características o la función de una puesta en práctica de hardware de un sistema de lógica que se cambiará.
Las puertas de lógica electrónicas diferencian perceptiblemente de sus equivalentes del retransmitir-y-interruptor. Son mucho más rápidas, consumen mucho menos energía, y son mucho más pequeñas (todos por un factor de millón de o más en la mayoría de los casos). También, hay una diferencia estructural fundamental. El circuito del interruptor crea una trayectoria metálica continua para que la corriente fluya (en cualquier dirección) entre su entrada y su salida. La puerta de lógica del semiconductor, por una parte, actúa como amplificador high-gain del voltaje, que hunde una corriente minúscula en su entrada y produce un voltaje de baja impedancia en su salida. No es posible que la corriente fluya entre la salida y la entrada de una puerta de lógica del semiconductor.
Otra ventaja importante de las familias estandardizadas de la lógica del circuito integrado, tal como las 7400 y 4000 familias, es que son cascadable. Esto significa que la salida de una puerta se puede atar con alambre a las entradas de una o varia otras puertas, y así sucesivamente. Los sistemas de complejidad arbitraria se pueden construir sin la gran preocupación del diseñador por los funcionamientos internos de las puertas, con tal que las limitaciones de cada circuito integrado se consideren.
En la práctica, la salida de una puerta puede conducir solamente un número finito de entradas a otras puertas, un número llamado “el límite del Fanout ”, pero este límite se alcanza raramente en los más nuevos circuitos de lógica Cmos, con respecto al TTL circula. También, hay siempre un retardo, llamado “el retardo de propagación ”, de un cambio en entrada de una puerta al cambio correspondiente en su salida. Cuando se conectan en cascada las puertas, el retardo de propagación total es aproximadamente la suma de los retardos individuales, un efecto que pueda convertirse en un problema en circuitos de alta velocidad.
Puertas y hardware de lógica
El NAND y el NI las puertas de lógica de son los dos pilares de la lógica, en que el resto de los tipos de puertas de lógica boleana (es decir, Y, O, NO, XOR, XNOR ) se pueden crear de una red conveniente apenas del NAND o apenas NI de puertas. Pueden ser construidos de los relais o los transistores, o cualquier otra tecnología que pueda crear un inversor y una dos-entrada Y u O puerta. Por lo tanto el NAND y NI las puertas se llama las puertas universales.
Para una entrada de 2 variables, hay 16 funciones algebraicas boleanas posibles. Estas 16 funciones se enumeran abajo, junto con sus salidas para cada combinación de variables de entradas.
Símbolos
Hay dos sistemas de símbolos en de uso común, de ambos ahora definidos por ANSI / IEEE Std 91-1984 y su suplemento ANSI/IEEE Std 91a-1991. El " shape" distintivo; el sistema, basado en diagramas esquemáticos tradicionales, se utiliza para los dibujos simples y es más rápido dibujar a mano. A veces oficioso se describe como " military", reflejando su origen si no su uso moderno. El " shape" rectangular; el sistema, basado en IEC 60617-12, tiene esquemas rectangulares para todos los tipos de puerta, y permite la representación de una gama mucho más amplia de dispositivos que posible con los símbolos tradicionales. El sistema Del IEC ha sido adoptado por otros estándares, tales como EN 60617-12: 1999 en EN 60617-12 de Europa y de las BS : 1999 en el Reino Unido.La meta de IEEE Std 91-1984 era proveer de un método uniforme de describir las funciones de lógica complejas de circuitos digitales símbolos esquemáticos. Estas funciones eran más complejas que simples Y y O las puertas. Podían ser circuitos de la escala media tales como un pedacito 4 opuestamente a los circuitos de un gran escala tales como un microprocesador. La versión 1984 no incluyó el " shape" distintivo; símbolos. Éstos fueron agregados al suplemento 1991 con esta nota: " El símbolo de la distintivo-forma está, según la publicación 617 del IEC, la parte 12, no preferred, pero no se considera para ser en la contradicción a eso standard."
En los años 80, los diagramas esquemáticos eran el método del predominio para diseñar tarjetas de circuitos y la aduana ICs conocida como la aduana ICs de los órdenes de puerta hoy y el arsenal de puerta Field-programmable se diseña típicamente con los idiomas descriptivos de hardware (HDL) por ejemplo el Verilog o el VHDL . La necesidad de símbolos de lógica complejos ha disminuido y los símbolos distintivos de la forma siguen siendo el estilo del predominio.
Símbolos del equivalente de DeMorgan
Por medio del teorema de De Morgan, un Y la puerta de se pueden dar vuelta en un O la puerta de invirtiendo el sentido de la lógica en sus entradas y salidas. Esto lleva a un sistema separado de símbolos con las entradas invertidas y el símbolo opuesto de la base. Estos símbolos pueden hacer los esquemas circulares para los circuitos usar clarificante bajo activo de las señales mucho y ayudar a demostrar la conexión accidental de un active a una entrada baja activa o viceversa de alto rendimiento. ¡
Almacenaje de pedacitos
Se relaciona con el concepto de puertas de lógica (y también construido de ellas) la idea de almacenar un pedacito de la información. Las puertas discutidas hasta aquí no pueden almacenar un valor: cuando las entradas cambian, las salidas reaccionan inmediatamente. Es posible hacer un elemento de almacenaje a través de un condensador (que almacene la carga debido a sus características físicas) o por la regeneración. La conexión de la salida de una puerta con la entrada la hace ser pasada con la lógica otra vez, y elegir la regeneración permite correctamente que sea preservada o que modificaa con el uso de otras entradas. Un sistema de puertas dispuestas de este modo se conoce como " " del cierre ;, y diseños complicados que utilizan los relojes (señales que oscilan con un período sabido) y el cambio solamente en el borde de levantamiento se llaman " edge-triggered; el flip-flops el quot de ;. La combinación de flip-flop múltiples paralelamente, almacenar un valor del múltiple-pedacito, se conoce como registro. Al usar ninguno de estos disposiciones de la puerta el sistema total tiene memoria; entonces se llama un sistema secuencial puesto que su salida se puede influenciar por sus estados anteriores.
Estos registros o circuitos condensador-basados se conocen como memoria de la computadora. Varían en el funcionamiento, basado en factores de velocidad, de complejidad, y de confiabilidad del almacenaje, y muchos diversos tipos de diseños se utilizan basaron en el uso.
puertas de lógica del Tres-estado
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triple estado del almacenador intermediario
el Tres-estado, o 3 indicar, las puertas de lógica tiene tres estados de la salida: alto (h), (l) bajo y (z) high-impedance. El estado high-impedance no desempeña ninguÌn papel en la lógica, que sigue habiendo terminantemente binario. Estos dispositivos se utilizan en los autobuses para permitir que las virutas múltiples envíen datos. Un grupo de tres-estados que conducen una línea con un circuito de control conveniente es básicamente equivalente a un multiplexor, que se puede distribuir físicamente sobre los dispositivos separados o las tarjetas enchufables.
En electrónica, un de alto rendimiento significaría que la salida es corriente de la compra de componentes del terminal positivo de la energía (voltaje positivo). Una salida baja significaría que la salida está hundiendo la corriente al terminal negativo de la energía (voltaje cero). La alta impedancia significaría que la salida está desconectada con eficacia del circuito.
“De triple estado”, un sinónimo ampliamente utilizado del “tres-estado”, es una marca registrada National Semiconductor Corporation .
Misceláneo
Los circuitos de lógica incluyen los dispositivos tales que el de los multiplexores coloca, las unidades (ALUs) de la lógica aritmética, y la memoria de computadora, hasta el final para arriba a través de los microprocesadores completos que pueden contener más que 100 millones de puertas. En la práctica, las puertas se hacen de los transistores de efecto de campo (FETs), particularmente FETs del metal-óxido-semiconductor (MOSFETs .En la lógica reversible, se utilizan las puertas de Toffoli.
Historia y desarrollo
Las puertas de lógica más tempranas fueron hechas mecánicamente. El Charles Babbage, alrededor 1837, ideó el motor analítico . Sus puertas de lógica confiaron en el engranaje mecánico para realizar operaciones. Los relais electromágneticos fueron utilizados más adelante para las puertas de lógica. En 1891, el Almon Strowger patentó un dispositivo que contenía un circuito del interruptor de la puerta de lógica (). La patente de Strowger no estaba en uso extenso hasta los años 20. Comenzando en 1898, el Nikola Tesla archivó para las patentes de los dispositivos que contenían los circuitos de puerta de lógica (véase la lista de las patentes de Tesla). Eventual, los tubos de vacío substituyeron los relais para las operaciones de lógica. modificación de s de Lee De Forest la ', en 1907, de la válvula de Fleming se puede utilizar como Y puerta de lógica. El Ludwig Wittgenstein introdujo una versión de la tabla de verdad de 16 filas, que es demostrado sobre, como asunto 5.101 Tractatus Logico-Philosophicus (1921) del . Shannon introdujo el uso de la álgebra boleana en el análisis y el diseño de circuitos de la conmutación en el 1937 . El Walther Bothe, inventor del circuito de coincidencia, consiguió la parte del Premio Nobel Del 1954 en la física, para el primer electrónico moderno Y la bloquea en el 1924 . La investigación activa está ocurriendo en las puertas de lógica moleculares
Ver también
gráfico del Y-inversorAsuntos de la álgebra boleana
Función boleana
Circuito de Digitaces
Minimizer heurístico de la lógica del café express
Fanout
Flip-flop (electrónica)
Mapa de Karnaugh
Familia de la lógica
Gráfico lógico
Lógica del NMOS
Peligro de la raza
computacional reversible
Tabla de verdad
Diagrama de Venn
lógica de la Zeroth-orden
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