Ein Logiktor ist ein idealisiertes oder reales Gerät, das eine Funktion von Boolean durchführt, d. h. es leistet eine logische Operation auf einer oder mehr Logik gibt ein und erzeugt eine einzelne Logikproduktion. Abhängig vom Zusammenhang kann sich der Begriff auf ein ideales Logiktor, dasjenige beziehen, das zum Beispiel Nullanstieg-Zeit und unbegrenzten Anhänger hat, oder es kann sich auf ein nichtideales reales Gerät beziehen. (sieh Ideale und echte Op-Ampere zum Vergleich)

Logiktore werden in erster Linie mit Dioden oder Transistoren durchgeführt, die als elektronische Schalter handeln, aber können auch mit elektromagnetischen Relais (Relaislogik), fluidic Logik, pneumatische Logik, Optik, Moleküle oder sogar mechanische Elemente gebaut werden. Mit der Erweiterung können Logiktore ebenso wellig gefallen werden, dass Funktionen von Boolean zusammengesetzt werden können, den Aufbau eines physischen Modells von der ganzen Logik von Boolean, und deshalb, allen Algorithmen und Mathematik erlaubend, die mit der Logik von Boolean beschrieben werden kann.

Tor-Funktionen

Alle anderen Typen von Logiktoren von Boolean (d. h., UND, ODER, NICHT, XOR, XNOR) können von einem passenden Netz von NAND Toren oder NOCH Toren geschaffen werden.

Für einen Eingang von 2 boolean Variablen gibt es 16 mögliche boolean algebraische Funktionen. Diese 16 Funktionen werden unten zusammen mit ihren Produktionen für jede Kombination von Eingangsvariablen aufgezählt.

Die vier durch Pfeile angezeigten Funktionen sind die logischen Implikationsfunktionen. Diese Funktionen werden als elementare Stromkreise, aber eher als Kombinationen eines Tors mit einem inverter an einem Eingang nicht gewöhnlich durchgeführt.

Komplizierte Funktionen

Logikstromkreise schließen solche Geräte wie multiplexers, Register, arithmetische Logikeinheiten (ALUs) und Computergedächtnis den ganzen Weg durch ganze Mikroprozessoren ein, die mehr als 100 Millionen Tore enthalten können. In der Praxis werden die Tore von Feldwirkungstransistoren (FETs), besonders MOSFETs (Metalloxydhalbleiter-Feldwirkungstransistoren) gemacht.

Setzen Sie Logiktore AND-Invert (AOI) zusammen, und OR-Invert werden (OAI) häufig im Stromkreis-Design verwendet, weil ihr Aufbau mit dem MOSFET'S einfacher und effizienter ist als die Summe der individuellen Tore.

In der umkehrbaren Logik werden Tore von Toffoli verwendet.

Elektronische Tore

Die einfachste Form der elektronischen Logik ist Diode-Logik. Das erlaubt UND und ODER Tore, die zu bauen sind, aber nicht inverters, und ist auch eine unvollständige Form der Logik. Weiter ohne eine Art Erweiterung ist es nicht möglich, solche grundlegenden wellig gefallenen wie erforderlichen Logikoperationen für kompliziertere logische Funktionen zu haben. Um ein funktionell ganzes Logiksystem zu bauen, können Relais, Klappen (Vakuumtuben), oder Transistoren verwendet werden. Die einfachste Familie von Logiktoren mit bipolar Transistoren wird Logik des Widerstand-Transistors (RTL) genannt. Verschieden von Diode-Logiktoren können RTL Tore unbestimmt wellig gefallen werden, um kompliziertere logische Funktionen zu erzeugen. Diese Tore wurden in frühen einheitlichen Stromkreisen verwendet. Für die höhere Geschwindigkeit wurden die in RTL verwendeten Widerstände durch Dioden ersetzt, zu Logik des Diode-Transistors (DTL) führend. Logik des Transistor-Transistors (TTL) hat dann DTL mit der Beobachtung verdrängt, dass ein Transistor den Job von zwei Dioden noch schneller, mit der nur Hälfte des Raums tun konnte. In eigentlich jedem Typ der zeitgenössischen Span-Durchführung von Digitalsystemen sind die bipolar Transistoren durch Ergänzungsfeldwirkungstransistoren (MOSFETs) ersetzt worden, um Größe und Macht-Verbrauch noch weiter zu reduzieren, dadurch auf Logik des Ergänzungsmetalloxydhalbleiters (CMOS) hinauslaufend.

Für die kleine Logik verwenden Entwerfer jetzt vorgefertigte Logiktore von Familien von Geräten wie der TTL 7400 Reihen durch Instrumente von Texas und den CMOS 4000 Reihen durch RCA und ihre neueren Nachkommen. Zunehmend werden diese Logiktore der festen Funktion durch programmierbare Logikgeräte ersetzt, die Entwerfern erlauben, eine Vielzahl von Mischlogiktoren in einen einzelnen einheitlichen Stromkreis einzupacken. Die feldprogrammierbare Natur von programmierbaren Logikgeräten wie FPGAs hat das 'harte' Eigentum der Hardware entfernt; es ist jetzt möglich, das Logikdesign eines Hardware-Systems zu ändern, indem es einige seiner Bestandteile so wiederprogrammiert wird, den Eigenschaften oder der Funktion einer Hardware-Durchführung eines Logiksystems erlaubend, geändert zu werden.

Elektronische Logiktore unterscheiden sich bedeutsam von ihren Entsprechungen des Relais-Und-Schalters. Sie sind viel schneller, verbrauchen viel weniger Macht, und sind (alle durch einen Faktor von einer Million oder mehr in den meisten Fällen) viel kleiner. Außerdem gibt es einen grundsätzlichen Strukturunterschied. Der Schalter-Stromkreis schafft einen dauernden metallischen Pfad für den Strom um (in jeder Richtung) zwischen seinem Eingang und seiner Produktion zu fließen. Das Halbleiter-Logiktor handelt andererseits als ein Stromspannungsverstärker des hohen Gewinns, der einen winzigen Strom an seinem Eingang versenkt und eine niederohmige Stromspannung an seiner Produktion erzeugt. Es ist für den Strom nicht möglich, zwischen der Produktion und dem Eingang eines Halbleiter-Logiktors zu fließen.

Ein anderer wichtiger Vorteil von standardisierten einheitlichen Stromkreis-Logikfamilien, wie die 7400 und 4000 Familien, besteht darin, dass sie wellig gefallen werden können. Das bedeutet, dass die Produktion eines Tors an die Eingänge von einem oder mehreren anderen Toren und so weiter angeschlossen werden kann. Systeme mit unterschiedlichen Graden der Kompliziertheit können ohne große Sorge des Entwerfers für die innere Tätigkeit der Tore gebaut werden, vorausgesetzt dass die Beschränkungen jedes einheitlichen Stromkreises betrachtet werden.

Die Produktion eines Tors kann nur eine begrenzte Zahl von Eingängen zu anderen Toren steuern, eine Zahl hat 'fanout Grenze' gerufen. Außerdem gibt es immer eine Verzögerung, genannt die 'Fortpflanzungsverzögerung' von einer Änderung im Eingang eines Tors zur entsprechenden Änderung in seiner Produktion. Wenn Tore wellig gefallen werden, ist die Gesamtfortpflanzungsverzögerung ungefähr die Summe der individuellen Verzögerungen, eine Wirkung, die ein Problem in Hochleistungsstromkreisen werden kann. Zusätzliche Verzögerung kann verursacht werden, wenn eine Vielzahl von Eingängen mit einer Produktion, wegen der verteilten Kapazität aller Eingänge und Verdrahtung und des begrenzten Betrags des Stroms verbunden wird, den jede Produktion zur Verfügung stellen kann.

Symbole

Es gibt zwei Sätze von Symbolen für elementare Logiktore in der üblichen Anwendung, beide, die in ANSI/IEEE Std 91-1984 und seiner Ergänzung ANSI/IEEE Std 91a-1991 definiert sind. Die "kennzeichnende Gestalt", ist gestützt auf traditionellem schematics untergegangen, wird für einfache Zeichnungen verwendet, und ist auf MIL-STD-806 der 1950er Jahre und der 1960er Jahre zurückzuführen. Es wird manchmal inoffiziell als "Militär" beschrieben, seinen Ursprung widerspiegelnd. Die "rechteckige Gestalt", ist gestützt auf IEC 60617-12 und anderen frühen Industriestandards untergegangen, hat rechteckige Umrisse für alle Typen des Tors, und erlaubt Darstellung einer viel breiteren Reihe von Geräten, als mit den traditionellen Symbolen möglich ist. Das System des IEC ist durch andere Standards wie EN angenommen worden, der in Europa und im Vereinigten Königreich 60617-12:1999 BAKKALAUREUS DER NATURWISSENSCHAFTEN EN 60617-12:1999 ist.

Die Absicht von IEEE Std 91-1984 war, eine gleichförmige Methode zur Verfügung zu stellen, die komplizierten logischen Funktionen von Digitalstromkreisen mit schematischen Symbolen zu beschreiben. Diese Funktionen waren komplizierter als einfach UND und ODER Tore. Sie konnten mittlere Skala-Stromkreise wie ein 4-Bit-Schalter zu einem in großem Umfang Stromkreis wie ein Mikroprozessor sein. IEC 617-12 und sein Nachfolger zeigen IEC 60617-12 die "kennzeichnende Gestalt" Symbole nicht ausführlich, aber verbieten sie nicht. http://focus.ti.com/lit/ml/sdyz001a/sdyz001a.pdf werden Diese jedoch in ANSI/IEEE 91 (und 91a) mit diesem Zeichen gezeigt: "Das Symbol der kennzeichnenden Gestalt, ist gemäß der IEC Veröffentlichung 617, dem Teil 12, nicht bevorzugt, aber wird nicht betrachtet, im Widerspruch zu diesem Standard zu sein." Dieser Kompromiss wurde zwischen dem jeweiligen IEEE und den IEC Arbeitsgruppen erreicht, um dem IEEE und den IEC Standards zu erlauben, im gegenseitigen Gehorsam miteinander zu sein.

Ein dritter Stil von Symbolen war im Gebrauch in Europa und wird noch von einigen bevorzugt, sieh den Tisch im deutschen wiki.

In den 1980er Jahren waren schematics die vorherrschende Methode, beide Leiterplatten und kundenspezifischen als Tor-Reihe bekannten ICs zu entwerfen. Heute werden kundenspezifischer ICs und die feldprogrammierbare Tor-Reihe normalerweise mit Hardware Description Languages (HDL) wie Verilog oder VHDL entworfen.

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| ODER

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| NICHT

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| colspan = "5" |In Elektronik ein NICHT Tor wird einen inverter allgemeiner genannt. Der Kreis auf dem Symbol wird eine Luftblase genannt, und wird in Logikdiagrammen verwendet, um eine Logikablehnung zwischen der äußerlichen logischen Zustand und der inneren logischen Zustand (1 bis 0 oder umgekehrt) anzuzeigen. Auf einem Stromkreis-Diagramm muss es durch eine Behauptung begleitet werden behauptend, dass die positive Logiktagung oder negative Logiktagung (Hochspannungsniveau = 1 oder Hochspannungsniveau = 0, beziehungsweise) verwendet werden. Der Keil wird in Stromkreis-Diagrammen verwendet, um einen aktiv-niedrigen (Hochspannungsniveau = 0) Eingang oder Produktion direkt anzuzeigen, ohne eine gleichförmige Tagung überall im Stromkreis-Diagramm zu verlangen. Das wird Direkte Widersprüchlichkeitsanzeige genannt. Sieh IEEE Std 91/91A und IEC 60617-12. Sowohl die Luftblase als auch der Keil können auf der kennzeichnenden Gestalt und den Symbolen der rechteckigen Gestalt auf Stromkreis-Diagrammen verwendet werden, je nachdem die Logiktagung verwendet hat. Auf reinen Logikdiagrammen ist nur die Luftblase bedeutungsvoll.

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| NAND

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| NOCH

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| colspan = "5" |

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| XOR

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| XNOR

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| oder

|| }\

Noch zwei Tore sind das exklusive - ODER oder XOR-Funktion und sein umgekehrtes, exklusive - NOCH oder XNOR. Die zwei geben Exklusiv ein - ODER ist nur wahr, wenn die zwei Eingangswerte verschieden, falsch sind, wenn sie unabhängig vom Wert gleich sind. Wenn es mehr als zwei Eingänge gibt, erzeugt das Tor einen wahren an seiner Produktion, wenn die Zahl von trues an seinem Eingang (http://www-inst.eecs.berkeley.edu/~cs61c/resources/dg-BOOL-handout.pdf) seltsam ist. In der Praxis werden diese Tore von Kombinationen von einfacheren Logiktoren gebaut.

Universale Logiktore

Charles Sanders Peirce (Winter 1880-81) hat gezeigt, dass NOCH Tore allein (oder wechselweise NAND Tore allein) verwendet werden kann, um die Funktionen aller anderen Logiktore wieder hervorzubringen, aber seine Arbeit daran war bis 1933 unveröffentlicht. Der erste veröffentlichte Beweis war durch Henry M. Sheffer 1913, so wird die NAND logische Operation manchmal Schlag von Sheffer genannt; das logische NOCH wird manchmal den Pfeil von Peirce genannt. Folglich werden diese Tore manchmal universale Logiktore genannt.

De Morgan gleichwertige Symbole

Durch den Gebrauch des Lehrsatzes von De Morgan, UND Funktion ist zu ODER Funktion mit verneinten Eingängen und Produktionen identisch. Ebenfalls, ODER Funktion ist zu UND Funktion mit verneinten Eingängen und Produktionen identisch. Ähnlich ist ein NAND Tor zu ODER Tor mit verneinten Eingängen gleichwertig, und a NOCH Tor sind zu UND Tor mit verneinten Eingängen gleichwertig.

Das führt zu einem alternativen Satz von Symbolen für grundlegende Tore, die das entgegengesetzte Kernsymbol (UND oder ODER), aber mit den Eingängen und Produktionen verneint oder umgekehrt verwenden. Der Gebrauch dieser alternativen Symbole kann Logikstromkreis-Diagramme viel klarer machen und helfen, zufällige Verbindung einer aktiven hohen Produktion zu einem aktiven niedrigen Eingang oder umgekehrt zu zeigen. Jede Verbindung, die Logikablehnungen an beiden Enden hat, kann durch eine negationless Verbindung und eine passende Änderung des Tors oder umgekehrt ersetzt werden. Jede Verbindung, die eine Ablehnung an einem Ende und keine Ablehnung am anderen hat, kann leichter gemacht werden zu dolmetschen, indem sie stattdessen den De Morgan gleichwertiges Symbol an jedem der zwei Enden verwendet wird. Wenn Ablehnung oder Widersprüchlichkeitshinweise auf beiden Enden eines Verbindungsmatchs, es keine Logikablehnung in diesem Pfad gibt (effektiv, "annullieren" Luftblasen), es leichter machend, logischen Zuständen von einem Symbol bis das folgende zu folgen. Das wird in echten Logikdiagrammen - so allgemein gesehen der Leser muss in die Gewohnheit dazu nicht kommen, die Gestalten exklusiv als ODER oder UND Gestalten zu vereinigen, sondern auch die Luftblasen sowohl an Eingängen als auch an Produktionen in Betracht ziehen, um die "wahre" angezeigte logische Funktion zu bestimmen.

Alle Logikbeziehungen können durch das Verwenden von NAND Toren begriffen werden (das kann auch mit NOCH Tore getan werden). Der Lehrsatz von De Morgan wird meistens verwendet, um alle Logiktore in NAND Tore oder NOCH Tore umzugestalten. Das wird hauptsächlich getan, da es leicht ist, Logiktore in großen Mengen und weil vieles Elektronik-Laboratorium-Lager nur NAND und NOCH Tore zu kaufen.

Datenlagerung

Logiktore können auch verwendet werden, um Daten zu versorgen. Ein Speicherelement kann durch das Anschließen mehrerer Tore in einem "Klinke"-Stromkreis gebaut werden. Mehr komplizierte Designs, die Uhr-Signale und diese Änderung nur auf einem Steigen oder fallendem Rand der Uhr verwenden, werden Rand-ausgelöste "Zehensandalen" genannt. Die Kombination von vielfachen Zehensandalen in der Parallele, um einen Wert des vielfachen Bit zu versorgen, ist als ein Register bekannt. Wenn es einige dieser Tor-Einstellungen verwendet, hat das gesamte System Gedächtnis; es wird dann ein folgendes Logiksystem genannt, da seine Produktion unter Einfluss seines vorherigen Staates (En) sein kann.

Diese Logikstromkreise sind als Computergedächtnis bekannt. Sie ändern sich in der Leistung, die auf Faktoren der Geschwindigkeit, Kompliziertheit und Zuverlässigkeit der Lagerung gestützt ist, und viele verschiedene Typen von Designs werden gestützt auf der Anwendung verwendet.

Drei-Staaten-Logiktore

Oder drei-Staaten-3-Staaten-, Logiktore sind ein Typ von Logiktoren, die drei Staaten der Produktion haben: hoch (H), niedrig (L) und hoher Scheinwiderstand (Z). Der Staat des hohen Scheinwiderstands spielt keine Rolle in der Logik, die ausschließlich binär bleibt. Diese Geräte werden auf Bussen auch bekannt als den Datenbussen der Zentraleinheit verwendet, um vielfachen Chips zu erlauben, Daten zu senden. Eine Gruppe von drei Staaten, eine Linie mit einem passenden Kontrollstromkreis steuernd, ist zu einem multiplexer grundsätzlich gleichwertig, der über getrennte Geräte oder Einfügefunktionskarten physisch verteilt werden kann.

In der Elektronik würde eine hohe Produktion bedeuten, dass die Produktion sourcing Strom vom positiven Macht-Terminal (positive Stromspannung) ist. Eine niedrige Produktion würde bedeuten, dass die Produktion Strom zum negativen Macht-Terminal (Nullspannung) versenkt. Hoher Scheinwiderstand würde bedeuten, dass die Produktion vom Stromkreis effektiv getrennt wird.

Geschichte und Entwicklung

In einem 1886-Brief hat Charles Sanders Peirce beschrieben, wie logische Operationen durch elektrische umschaltende Stromkreise ausgeführt werden konnten. 1898 anfangend, hat Nikola Tesla für Patente von Geräten abgelegt, die elektromechanische Logiktor-Stromkreise enthalten (sieh Liste von Patenten von Tesla). Schließlich haben Vakuumtuben Relais für Logikoperationen ersetzt. Waldmodifizierung von Lee De, 1907, der Flame-Klappe kann als UND Logiktor verwendet werden. Ludwig Wittgenstein hat eine Version der 16-Reihen-Wahrheitstabelle eingeführt, die oben, als Vorschlag 5.101 von Tractatus Logico-Philosophicus (1921) gezeigt wird. Claude E. Shannon hat den Gebrauch der Algebra von Boolean in der Analyse und dem Design von umschaltenden Stromkreisen 1937 eingeführt. Walther Bothe, Erfinder des Zufall-Stromkreises, hat einen Teil des 1954-Nobelpreises in der Physik, für das erste moderne elektronische UND Tor 1924 bekommen. Aktive Forschung findet in molekularen Logiktoren statt.

Durchführungen

Seit den 1990er Jahren werden die meisten Logiktore aus CMOS Transistoren gemacht (d. h. NMOS und PMOS Transistoren werden verwendet). Häufig werden Millionen von Logiktoren in einem einzelnen einheitlichen Stromkreis paketiert.

Es gibt mehrere Logikfamilien mit verschiedenen Eigenschaften (Macht-Verbrauch, Geschwindigkeit, Kosten, Größe) wie: RDL (Logik der Widerstand-Diode), RTL (Logik des Widerstand-Transistors), DTL (Logik des Diode-Transistors), TTL (Logik des Transistor-Transistors) und CMOS (Ergänzungsmetalloxydhalbleiter). Es gibt auch Subvarianten, z.B CMOS Standardlogik gegen fortgeschrittene Typen, die noch CMOS Technologie, aber mit einigen Optimierungen verwenden, um Verlust der Geschwindigkeit wegen langsamer PMOS Transistoren zu vermeiden.

Nichtelektronische Durchführungen werden geändert, obwohl wenige von ihnen in praktischen Anwendungen verwendet werden. Viele frühe elektromechanische Digitalcomputer, wie Harvard I Zeichen, wurden von Relaislogiktoren mit elektromechanischen Relais gebaut. Logiktore können mit pneumatischen Geräten, wie das Relais von Sorteberg oder die mechanischen Logiktore, einschließlich auf einer molekularen Skala gemacht werden. Logiktore sind aus der DNA gemacht worden (sieh DNA-Nanotechnologie), und verwendet, um einen Computer genannt MAYA zu schaffen (sieh MAYA II). Logiktore können vom Quant mechanische Effekten gemacht werden (obwohl Quant, das gewöhnlich rechnet, vom boolean Design abweicht). Logiktore von Photonic verwenden nichtlineare optische Effekten

Siehe auch

• Und-inverter Graph

Algebra-Themen von Boolean Boolean fungieren

• Digitalstromkreis
• Espresso heuristische Logik minimizer
• Fanout
• Zehensandale (Elektronik)
• Karnaugh stellen kartografisch dar

Logik von Combinational

• Logikfamilie

Logischer Graph

• NMOS Logik

Satzrechnung

• Quant-Tor
• Rasse-Gefahr
• Umkehrbare Computerwissenschaft

Wahrheitstabelle

Weiterführende Literatur

• Awschalom, D., D. Verlust und N. Samarth, Halbleiter Spintronics und Quant-Berechnung (2002), Springer-Verlag, Berlin, Deutschland.
• Bostock, Geoff, programmierbare Logikgeräte. Technologie und Anwendungen (1988), McGraw-Hügel, New York, New York
• Braun, Stephen D. u. a. Feldprogrammierbare Tor-Reihe (1992), Kluwer Akademische Herausgeber, Boston, Massachusetts

Links

• Digitallogiksimulator v0.4 - kostenloses Studio-Programm der Waren des Kopflosen Nagels, das schritthaltend unterstützt, editiert und Simulation, sowie das Entziehen. Schließen Sie komplette Szenen ein, die Sie als ein einzelner Span geschaffen haben.
• Das Verwenden von Logiktoren
• Online-Logiktor-Simulator
• LogicCircuit - ist freie Bildungssoftware, um Digitallogikstromkreise zu entwerfen und vorzutäuschen.
• Logiktor-Simulator in Adobe Flex
• Stromkreise von Redstone auf dem minecraft wiki (ein spezifischer Typ des vorgetäuschten Logikschaltsystemes).
• Radiofernbedienung und das Elektronische Computerlogiktor, die Bücher des 21. Jahrhunderts, Colorado.