логічний вентиль

Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії

Поточна версія сторінки поки не перевіряв досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від версії , Перевіреної 19 липня 2016 року; перевірки вимагають 5 правок . Поточна версія сторінки поки не перевіряв досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від версії , Перевіреної 19 липня 2016 року; перевірки вимагають 5 правок .

Логічний вентиль - базовий елемент цифрової схеми, що виконує елементарну логічну операцію [1] , Перетворюючи таким чином безліч вхідних логічних сигналів у вихідний логічний сигнал. Логіка роботи вентиля заснована на бітових операціях [2] з вхідними цифровими сигналами в якості операндів . При створенні цифрової схеми вентилі з'єднують між собою, при цьому вихід використовуваного вентиля повинен бути підключений до одного або до декількох входів інших вентилів. В даний час в створених людиною цифрових пристроях домінують електронні логічні вентилі на базі польових транзисторів , Проте в минулому для створення вентилів використовувалися і інші пристрої, наприклад, електромагнітні реле , Гідравлічні пристрої, а також механічні пристрої. У пошуках більш досконалих логічних вентилів досліджуються квантові пристрої [3] [4] , біологічні молекули [5] , фононні теплові системи [6] .

У цифровій електроніці логічний рівень сигналу представлений у вигляді рівня напруги (Що потрапляє в один з двох діапазонів) або у вигляді значення струму . Це залежить від типу використовуваної технології побудови електронної логіки [7] . Тому будь-який тип електронного вентиля вимагає наявності харчування для приведення вихідного сигналу до необхідного рівня.

Вперше математично точно двійкова система числення була детально описана німецьким математиком Готфрідом Вільгельмом Лейбніцем (Публікація від 1705 року). Він також роз'яснив, як за допомогою цієї системи можна об'єднати принципи арифметики і логіки.

Перші логічні вентилі були реалізовані механічно. У 1837 році англійський винахідник Чарльз Беббідж розробив обчислювальну машину, названу їм аналітичної ( англ. Analytical Engine), яка вважається прообразом сучасного комп'ютера.

У 1847 році англійський математик і логік Джордж Буль в своєму трактаті «Математичний аналіз логіки» ( англ. The Mathematical Analysis of Logic) заклав основи сучасної алгебри логіки, зв'язавши її з логікою висловлювань . При цьому він ввів свою алгебраїчну систему , Яка містила наступні функції: кон'юнкція (логічне множення, оператор «AND»), диз'юнкція (логічне додавання, оператор «OR») і заперечення (оператор «NOT»). Згодом дана алгебра була названа булевої .

У тому ж 1847 році шотландський математик і логік Огастес де Морган опублікував правила, що зв'язують пари логічних операцій за допомогою логічного заперечення ( Закони де Моргана ).

У 1881 році американський математик і логік Чарльз Сандерс Пірс теоретично довів, що функція «інверсія диз'юнкції» є універсальною і дозволяє замінити всі інші логічні функції. Ця функція отримала ім'я «функція Пірса», знак операції - стрілка Пірса ↓. Пізніше, елемент, який реалізує цю функцію, стали називати елементом Пірса або «АБО-НЕ» ( англ. NOR gate, див. Таблицю). Дана робота була опублікована лише в 1933 році.

У 1913 році американський математик і логік Генрі Шеффер теоретично довів, що функція «інверсія кон'юнкції» є універсальною і дозволяє замінити всі інші логічні функції. Ця функція отримала ім'я «функція Шеффера», знак операції - штрих Шеффера |. Пізніше елемент, який реалізує цю функцію, стали називати елементом Шеффера або «І-НЕ» ( англ. NAND gate, див. Таблицю).

У 1927 р російський радянський математик і логік Іван Іванович Жегалкина представив алгебру логіки як арифметику відрахувань по модулю 2. Дана універсальна функція отримала пізніше назву «поліном Жегалкина», а знак операції - ⊕ {\ displaystyle \ oplus} . Пізніше елемент, який реалізує цю функцію, стали називати «виключає АБО» ( англ. XOR gate).

У 1935 р німецький інженер Конрад Цузе розробляє для своєї обчислювальної машини Z1 перші діючі електромеханічні вентилі.

У 1906 році американський винахідник Чи де Форест вводить в вакуумну лампу Джона Флемінга третій електрод - керуючу сітку і отримує триод, який може працювати не тільки в якості підсилювача електричних сигналів, але і в якості найпростішого перемикача (вентиля).

У 1947 р Вільям Шоклі , Джон Бардін і Уолтер Браттейн в лабораторіях Bell Labs вперше створюють діючий біполярний транзистор . Пізніше транзистори замінили вакуумні лампи в більшості електронних пристроїв, зробивши революцію в створенні інтегральних схем .

1. ↑ gpntb.ru - Терміни мікроелекронікі
2. ↑ Наприклад: 2 І-НЕ (NAND), XOR (виключає АБО) і інші.
3. ↑ scientific.ru - квантовий логічний вентиль на надпровідниках
4. ↑ pereplet.ru - спінові логічні вентилі на основі квантових точок
5. ↑ skms.impb.psn.ru - Електронний логічний вентиль XOR на основі ДНК .
6. ↑ Wang, Lei and Li, Baowen. Thermal Logic Gates: Computation with Phonons (Англ.) // Physical Review Letters. - APS, 2007. - Vol. 99, no. 17.
7. ↑ Найбільш відомі це КМОП , ТТЛ , N-МОП , ЕСЛ , ДТЛ , РТЛ .