Вентили, которые не протекают (Часть 2)

В прошлой части мы рассмотрели базовые логические вентили, которые применяются в логических схемах. В этой статье набор этих вентилей будет расширен, дабы в последующем собрать из них простейший сумматор и приблизится к тайне сложения чисел в компьютерах. Стоит еще раз напомнить, что современные компьютеры уже не используют реле (в основном сейчас используют полевые транзисторы, но есть идеи использовать также биологические молекулы), но логические вентили все еще присутствуют и выполняют те же самые функции.

Инвертор и вентили на его основе.

Иногда при построении схем сигнал нужно просто «перевернуть с ног на голову». Напомним строение простого реле:

Если мы немного сменим конфигурацию и подключим к выходу другой контакт реле, то лампочка будет гореть только тогда, когда контакт разомкнут:

Реле с таким устройством называют инвертором, и, по сути, инвертор вентилем не является (так как вход всего один, а у вентиля их как минимум два), однако важность его сложно переоценить.

На логических схемах инвертор обозначают так:

Для наглядности, попробуем поэкспериментировать с напряжением:

Как мы видим, напряжение из инвертора идет только тогда, когда в инвертор не входит напряжения, и наоборот – наличие напряжения на входе обусловливает его отсутствие на выходе. На основе инверторов есть очень интересные логические вентили, которые являются основой для создания еще более сложных вентилей и реализации базовых функций компьютера, таких как сложение и вычитание. Например, если мы последовательно соединим два инвертирующих реле,

то получим такую ситуацию: лампочка будет гореть только тогда, когда на обоих входах отсутствует напряжение. Такой вентиль называется вентилем ИЛИ-НЕ (NOT OR или NOR).

Можно заметить маленький кружочек на выходе. Этот кружочек является символом инверсии и говорит нам о том, что сигнал на вентиле будет инверитроваться. Этот вентиль эквивалентен следующей схеме:

По ней легко понять принцип работы вентиля ИЛИ-НЕ – он просто инвертирует сигнал вентиля или, который, как мы помним, равен одному, если хотя бы на один из входов подается напряжение.Следующий инвертирующий вентиль обратен вентилю И по набору сигналов.

Легче теперь сказать, когда лампочка не будет гореть. А гореть она не будет только при наличии напряжения на обоих входах. Такую схему имеет вентиль И-НЕ (NOT AND или NAND).

Итак, мы имеем набор из логических «примитивов». Существует еще два вида композитных вентилей, которые сами построены из вентилей: исключающее ИЛИ (Exclusive OR или XOR, Искл-ИЛИ) и исключающее ИЛИ с инверсией (XNOR). Их мы рассмотрим позже, при разборе непосредственно самого механизма суммирования.

#Техника #Компьютеры #технологии #физика