Знакомство с логическими элементами многим из вас наверняка знакомо понятие логические элементы. Если вы хоть немного работали с цифровыми схемами, то наверняка знакомы с подобным понятием. В настоящее время логические элементы и другие цифровые компоненты можно встретить в схемах, очень далеких от микропроцессоров и вычислительной техники. Если принципы работы цифровой логики вам хорошо знакомы, можете пропустить данный Шаг. Для тех, кто этого не знает или желает систематизировать свои знания, начнем с самого начала.
Из всего разнообразия цифровых элементов большинство можно отнести к разряду составных. Составными я называю те элементы, которые можно составить из других, более простых. А в основе всего разнообразия цифровых устройств лежат всего три простейших логических элемента. На рис. изображены эти три кита цифровой техники.
Знакомство с логическими элементами cледует заметить, что логические элементы на рис. изображены в соответствии со стандартом, принятым в свое время в СССР и теперь еще широко используемым во всех странах СНГ. По этим стандартам цифровые элементы изображаются в виде прямоугольника. Все входы рисуются слева, а выходы — справа. Именно таким образом в этом стандарте можно отличить входы элемента от его выходов. Правда, в случае более сложных элементов это правило соблюсти не всегда возможно, так как часто бывает, что один и тот же выход служит одновременно и входом. Но для простых элементов это условие всегда соблюдается.
Знакомство с логическими элементами все логические элементы работают с цифровыми сигналами.
Это значит, что сигнал на любом из входов элемента должен принимать значения либо логического нуля, либо логической единицы. На выходе каждый элемент также обеспечивает цифровой сигнал, который, в зависимости от логики работы схемы, принимает значение либо логической единицы, либо логического нуля. На рис. изображены двухвходовые варианты элемента «И» и элемента «ИЛИ».
На самом деле эти элементы могут иметь любое количество входов. Теоретически количество входов может быть увеличено до бесконечности. Тип элемента определяется не количеством входов, а логикой его работы. Какова же эта логика? Рассмотрим каждый элемент по отдельности.
Простые логические элементы
Элемент «И». На выходе этого элемента сигнал логической единицы появляется тогда и только тогда, когда на всех его входах будет присутствовать логическая единица. То есть единица должна быть И на первом, И на втором, И на третьем (если он есть), И на всех имеющихся входах. Если хотя бы на одном входе будет ноль, то и на выходе тоже будет ноль. Элемент «ИЛИ». На выходе этого элемента сигнал логической единицы появится тогда и только тогда, когда хотя бы на одном из его входов появится единица. То есть единица должна быть ИЛИ на первом, ИЛИ на втором, или на третьем — на любом из имеющихся входов или на нескольких сразу. Логический ноль на выходе будет только тогда, когда на всех входах будет сигнал логического нуля.
Элемент «НЕ», или инвертор. У этого элемента не может быть больше одного входа. Инвертор имеет один вход и один выход. И логика его работы очень проста. Когда на входе у инвертора сигнал логического нуля, на выходе логическая единица. И наоборот, когда на входе логическая единица, на выходе логический ноль.
Таблица истинности
Для отображения логики работы того или иного элемента принято составлять так называемые таблицы истинности. Таблица истинности — это такая таблица, которая имеет столбцы для всех входов и выходов конкретного элемента. В строках таблицы отображаются все возможные состояния элемента. Каждая строка соответствует одному из возможных состояний.
На рис. приведены таблицы истинности для трех основных логических элементов. Для наглядности использованы трехвходовые варианты элемента «И» и элемента «ИЛИ».