Mantiqiy elementlar

Мантиқий элементлар — рақамли шаклда ахборотни қайта ишлаш учун мўлжалланган қурилмалар (юқори — „1“ ва паст — „0“ даражали сигнал кетма-кетлиги иккилик мантиқда, „0“, „1“ ва „2“ кетма-кетликлари учлик мантиқда, „0“ кетма-кетлиги ", „1“, „2“, „3“, „4“, „5“, „6“, „7“, „8“ ва „9“ ўнли касрда). Физик жиҳатдан мантиқий элементлар механик, электромеханик (электромагнит релеларда), электрон (хусусан, диодлар ёки транзисторларда), пневматик, гидравлик, оптик ва бошқалар бўлиши мумкин.

Электротехниканинг ривожланиши билан улар механик мантиқий элементлардан электромеханик мантиқий элементларга (электромагнит ўрни бўйича), сўнгра электрон мантиқий элементларга ўтдилар: биринчи навбатда — вакуум найчаларида, кейинроқ — транзисторларда. 1946-йилда Жон фон Нейманнинг кўрсаткичли позицион саноқ системаларининг иқтисодига оид теоремаси исботланганидан сўнг, иккилик ва учлик саноқ системаларининг ўнлик саноқ системасига нисбатан афзалликлари ҳақида маълум бўлди. Ўнли мантиқий элементлардан иккилик мантиқий элементларга ўтди. Иккилик ва учлик ўнлик мантиқий элементлар билан солиштирганда ушбу ишлов беришни амалга оширадиган операциялар ва элементлар сонини сезиларли даражада камайтириши мумкин.

Рақамли сигналлар устида иккилик мантиқий операциялар (бит операциялари)

Мантиқий амаллар (мантиқий функсия) назарий асосланишини мантиқ алгебрасида олди.

Битта операнд билан мантиқий амаллар унар, икки иккилик, уч учлик (учлик, учлик) ва бошқалар деб аталади.

Бирламчи операциялар

Айириш (инкор қилиш)

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле \нег А}$
0	1
1	0

Инкор қилишнинг мнемоник қоидаси шундай эшитилади — натижа қуйидагича бўлади:

„1“, агар кириш „0“ бўлса,
„0“ агар кириш „1“ бўлса.

Такрорлаш

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле А}$ (буферланган)
0	0
1	1

Чиқиш мантиқий ўзгарувчиси киришдагига тенг.

Иккилик операциялар

Ахборотни ўзгартириш белгилар гуруҳлари билан операцияларни бажаришни талаб қилади, улардан энг оддийи икки белгилар гуруҳидир. Катта гуруҳлар билан операцияларни ҳар доим иккита белги билан кетма-кет операцияларга бўлиш мумкин.

Кўпайтириш амали

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле А \ланд Б}$
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Бирлашма функсиясини амалга оширадиган мантиқий элемент мос келадиган схема деб аталади. Исталган миқдордаги киришлар билан боғланишнинг мнемоник қоидаси шундай эшитилади — чиқиш қуйидагича бўлади:

„1“, агар барча киришлар „1“ бўлса,
„0“ агар камида битта кириш „0“ бўлса.

Оғзаки равишда бу операцияни қуйидаги ифода билан ифодалаш мумкин: „Чиқишда рост фақат киритилган маълумот рост бўлганда рост бўлиши мумкин. 1 Ва киришда ҳақиқат 2“.

Қўшиш амали

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле А \лор Б}$
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Исталган миқдордаги киришлар билан ажратиш учун мнемоник қоида шундай эшитилади — чиқиш қуйидагича бўлади:

„1“, агар „1“ камида битта киришга таъсир қилсагина,
„0“ агар барча киришлар „0“ бўлса.

Бўлиш амали

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле А\|Б}$
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Исталган сонли киришлар билан ВА-ЭМАС учун мнемоник қоида қуйидагича — чиқиш қуйидагича бўлади:

„1“, агар „0“ камида битта киришга таъсир қилсагина,
„0“ агар барча киришлар „1“ бўлса.

Айириш амали

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле А \доwнарроw Б}$
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

Ҳар қандай сонли киришлар билан ЙОКИ-ЭМАС учун мнемоник қоида қуйидагича — чиқиш қуйидагича бўлади:

„1“, агар барча киришлар „0“ бўлса,
„0“ агар камида битта кириш „1“ бўлса.

Эквивалент амали

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле А \лефтригҳтарроw Б}$
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Ҳар қандай миқдордаги киришлар билан мнемоник эквивалентлик қоидаси шундай янграйди — чиқиш бўлади.

Оғзаки белги: „рост киритилганда рост чиқади 1 ва кириш 2 ёки нотўғри киритиш билан 1 ва кириш 2“:

„1“ агар кириш „1“ ёки „0“ нинг жуфт сони бўлса.
„0“, агар кириш „1“ нинг тоқ сони бўлса.

Сумма белгиси учун

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле А \оплус Б}$
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Модул йиғиндиси учун мнемоник қоида 2 ҳар қандай миқдордаги кириш билан шундай эшитилади — чиқиш қуйидагича бўлади:

„1“, агар кириш „1“нинг тоқ сони бўлса,
„0“, агар кириш „1“ нинг жуфт рақами бўлса.

Оғзаки тавсиф: „чиқишда рост — фақат киришда рост бўлса 1 ёки фақат киришда рост бўлса 2“

Декремент инверсияси

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле А \ригҳтарроw Б}$
0	0	1
0	1	1
1	0	0
1	1	1

Декремент инверсияси учун мнемоник қоида шундай эшитилади — чиқиш қуйидагича бўлади:

„0“, агар „Б“ даги қиймат „А“ даги қийматдан кичик бўлса ,
„1“ агар „Б“ даги қиймат „А“ қийматидан катта ёки унга тенг бўлса .

Тескари ўгириш амали

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле Б \ригҳтарроw А}$
0	0	1
0	1	0
1	0	1
1	1	1

Ўсишни тескари ўзгартириш учун мнемоник қоида шундай эшитилади — чиқиш қуйидагича бўлади:

„0“, агар „Б“ даги қиймат „А“ даги қийматдан катта бўлса.
„1“ агар „Б“ даги қиймат „А“ қийматидан кичик ёки тенг бўлса .

Ўзгартириш амали

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле А}$ ↛ ${\дисплайстйле Б}$
0	0	0
0	1	0
1	0	1
1	1	0

Таъсирни А дан Б га ўзгартиришнинг мнемоник қоидаси қуйидагича — натижа қуйидагича бўлади:

„1“, агар „А“ даги қиймат „Б“ даги қийматдан катта бўлса,
„0“, агар „А“ даги қиймат „Б“ қийматидан кичик ёки тенг бўлса .

Изоҳ ўзгартириш амали

${\дисплайстйле А}$	${\дисплайстйле Б}$	${\дисплайстйле Б}$ ↛ ${\дисплайстйле А}$
0	0	0
0	1	1
1	0	0
1	1	0

Изоҳни Б дан А га ўзгартиришнинг мнемоник қоидаси қуйидагича — натижа қуйидагича бўлади:

„1“, агар „Б“ даги қиймат „А“ қийматидан катта бўлса,
„0“ агар „Б“ даги қиймат „А“ қийматидан кичик ёки тенг бўлса .

Физик амалга ошириш

Мантиқий элементларни амалга ошириш турли хил жисмоний принциплардан фойдаланадиган қурилмалар ёрдамида мумкин.

Электрон ва электрон бўлмаган элементларнинг турли тизимларида бир хил мантиқий функсиянинг жисмоний амалга оширилиши, шунингдек, ҳақиқий ва нотўғри белгилар бир-биридан фарқ қилади.

механик,
гидравлика,
пневматик,
электромагнит,
электромеханик,
электрон,
оптик.

Мантиқий элементларнинг электрон транзисторли физик амалга оширилишининг таснифи

Мантиқий элементлар уларда ишлатиладиган электрон элементларнинг турига кўра ҳам бўлинади. Ҳозирги вақтда қуйидаги мантиқий элементлар энг кўп қўлланади:

РТЛ (резистор-транзистор мантиғи)
ДТЛ (диод-транзистор мантиқи)
ТТЛ (транзистор-транзистор мантиқи)

Одатда, ТТЛ мантиқий элементларини киритиш босқичи энг оддий компараторлар, турли усуллар билан амалга оширилиши мумкин (кўп эмиттерли транзисторда ёки диодли бирикмада). ТТЛ мантиқий элементларида киритиш босқичи, солиштиргичлар функсияларидан ташқари, мантиқий функсияларни ҳам бажаради. Бунинг ортидан пуш-пулл (икки калитли) чиқиши билан чиқиш кучайтиргичи келади.

CМОС мантиқий элементларида киритиш босқичлари ҳам энг оддий компараторлар ҳисобланади. Кучайтиргичлар CМОС транзисторларидир. Мантиқий функсиялар параллел ва кетма-кет уланган тугмалар бирикмаси орқали амалга оширилади, улар ҳам чиқиш тугмалари ҳисобланади.

ТТЛСҲ (Шотткй диодлари билан бир хил)

Мантиқий элементларнинг тезлигини ошириш учун улар Счотткй транзисторларидан (Счотткй диодли транзисторлар) фойдаланадилар, уларнинг ўзига хос хусусияти пн бирикмаси ўрнига уларнинг дизайнида металл яримўтказгични тўғрилаш контактидан фойдаланишдир. Ушбу қурилмаларнинг ишлаши давомида озчилик ташувчиларни инъэкция қилиш ва зарядни тўплаш ва резорбсия феномени мавжуд эмас, бу эса юқори тезликни таъминлайди. Ушбу диодларни коллектор уланиши билан параллел равишда улаш чиқиш транзисторларининг тўйинганлигини блоклайди, бу мантиқий 0 кучланишни оширади, чунки тўйинган транзисторда кучланиш пасайиши каттароқдир, лекин бир хил оқим истеъмолида мантиқий элементни алмаштириш учун йўқолган вақтни камайтиради. (ёки тезликни сақлаб турганда жорий истеъмолни камайтиришга имкон беради). Шундай қилиб, 74хх серияси — классик ТТЛ серияси ва 74ЛСхх серияси — Счотткй диодли сериялар тахминан бир хил тезликка эга (аслида, 74ЛСхх серияси бироз тезроқ), аммо жорий истеъмол 4—5 раз кам ва кириш мантиқий элементнинг оқими бир хил марта камроқ.

CМОС (МОС транзисторларида қўшимча калит мантиқи).
ЭСЛ (эмиттер билан боғланган мантиқ).

Ушбу мантиқ, акс ҳолда жорий калит мантиғи деб номланади, дифференсиал босқичларда бирлаштирилган биполяр транзисторлар асосида қурилган. Киришлардан бири одатда микросхема ичида мос ёзувлар (мос ёзувлар) кучланиш манбасига, тахминан мантиқий даражалар орасидаги ўртада уланади. Дифференсиал босқичнинг транзисторлари орқали оқимларнинг йиғиндиси доимий бўлиб, киришдаги мантиқий даражага қараб, фақат транзисторлардан қайси бири орқали бу оқим ўтиши ўзгаради. ТТЛ дан фарқли ўлароқ, ЭСЛдаги транзисторлар фаол режимда ишлайди ва тўйинганлик ёки тескари режимга кирмайди. Бу худди шундай технологияга эга бўлган ЭСЛ элементининг тезлиги (транзисторларнинг бир хил хусусиятлари) ТТЛ элементига қараганда анча юқори бўлишига олиб келади, лекин истеъмол қилинадиган оқим ҳам каттароқдир. Бундан ташқари, ЭСЛ элементининг мантиқий даражалари ўртасидаги фарқ ТТЛ элементига қараганда анча кичик (волтдан кам) ва қабул қилинадиган шовқин иммунитети учун салбий таъминот кучланишидан фойдаланиш керак (ва баъзан чиқиш босқичлари учун иккинчи таъминот). Бошқа томондан, ЭСЛ триггерларининг максимал коммутация частоталари уларнинг замонавий ТТЛларининг имкониятларидан каттароқ катталикдан юқори, масалан, К500 серияси 10—15 МГц га нисбатан 160—200 МГц, коммутация частоталарини таъминлади. унинг замонавий ТТЛ К155 серияли. Ҳозирги вақтда ТТЛ (W) ҳам, ЭСЛ ҳам амалда қўлланилмайди, чунки дизайн стандартларининг пасайиши билан CМОС технологияси бир неча гигагерцнинг коммутация частоталарига етди.