Логические элементы

Раз у нас есть только два состояния 0 и 1, то все дальнейшее действие происходит в стороне сравнения этих сигналов, которых кстати может быть не только два, а гораздо больше, но начнем мы разбирать логически операции на примере именно двух входов, а точнее с первых двух операциях на одном входе и одном выходе. Первый вариант называется буфер, который выводит тоже самое что и получил на вход, пришла единица, на выходе единица, пришел 0 на выходе 0, вторая по сложности это инверсия или логический вентиль НЕ (NOT), где на выходе мы получаем обратный сигнал входа, т.е. на входе 1 на выходе 0 и наоборот. На схемах инвертированный выходы обозначаются кружочками или «пузырьками»

Операции с одним входом и одним выходом называются унарные, а если входов два, то такие операции называются бинарные и самая первая бинарная операция это И или (AND), на схемах обозначается прямоугольником со знаком &, что и следует из его логики, которая заключается в том что если на первом контакте 1, а на втором 0, но на выходе мы получим 0, так же и при том что на первом контакте 0, а на втором 1, на выходе мы получим все равно 0, при всех нулях мы так же получаем на выходе 0. Получить на выходе 1 можно тогда и только тогда когда оба контакта высокие или 1
Высокий (англ. High) или +5 или логическая 1, а Низкий (англ. Low) или. GND или логический 0 - эти два обозначения на английском языке так же часто встречаются в схемотехнике.
Вторая бинарная логическая операция является ИЛИ (OR) на схемах обозначается прямоугольником с цифрой 1, которая как бы подсказывает нам, что если хотя бы одно значение на входе у нас равно 1, то на выходе мы получим 1, а 0 мы получим только когда все значения на выходе равны 0.
Инвертированные И и ИЛИ отличается на схематическом изображение тем, что на выходе у нас изображён «пузырик» как и в унарном вертеле NOT. Следовательно на выходе мы получаем значение обратное от И или ИЛИ.

Ну и последнее значение логических операций которые мы рассмотрим это XOR или исключающее ИЛИ, которое по сути исключает два повторяющихся сигнала, т.е. В классическом ИЛИ при единице на первом и втором контактах у нас на выходе была так же 1, а в исключающем ИЛИ в таком случае на выходе 0, при этом на выходе будет 1 если един из контактов 1 и 0 если оба контакта равны, нулю или единице. Так же если мы добавим на схеме «кружок» или «пузырик» на выходе, то получим инвестированный исключающий ИЛИ.

Теперь если мы соединим исключающий ИЛИ и & то получим сумматор у которого есть вход А и вход B которые сравниваются друг с другом через XOR и далее нужно вспомнить школьную информатику где:
0 0 + 0 0 = 00
0 0 + 0 1 = 0 1
0 1 + 0 0 = 0 1
0 1 + 0 1 = 1 0

На выходе как мы знаем у нас может быть только один сигнал 0 или 1, и если в первых трех примерах можно ориентироваться по последнему символу, а первым пренебрегать, так как он 0, то в последнем примере у нас единица переходи выше, что и записывается на выход P - перенос.

Если мы соединим два и более сумматора, то получиться, что мы должны учитывать перенос от предидущего сумматора, следовательно у нас есть разъем Pо - перенос из предидущего разряда.

Следующим комбинированным логическим устройством можно считать шифратор, который переводим сигнал из 8 линий в 3 линии двоичного кода. Т.е. представим что у нас есть устройство к 8 кнопками, на на микроконтроллере который выполняет некие операции относительно нажатых кнопок всего 3 свободных порта, куда можно передать информацию. Шифратор легко справляется это задачу, так для
000 - нажата первая кнопка
001 - нажата вторая кнопка
010- нажата третья кнопка
*****************************
111 - нажата 8 кнопка
Устройство которое совершает обратную работы называются дешифратор, по сути он получает двоичный код на свой вход и в зависимости от него выводит логический сигнал. Так например, если тому же микроконтроллеру нужно включать 8 светодиодов, а свободных портов у него только 3, то дешифратор замечательно справляется с данной задачей

000 - горит 1 светодиод
001 - горит 2 светодиод
010- горит 3 светодиод
*****************************
111 - горит 8 светодиод.

Теперь представим, что вместо нажатой кнопку у которой есть только два состояния мы имеем на 1 входе меандр, на втором входе синусоиду, на третем пилу и т.д. Мы возьмем дешифратор с двумя входами и четырьмя выходами (предположим у нас 4 сигнала, которыми нужно управлять), теперь мы подключаем сигналы с бинарному &, который его пропустит только тогда когда на свой второй контакт получит 1 с шифратора. Следовательно при подаче на шифратор 0 0 - на выходе мы получим сигнал с первого канала, 0 1 - со второго и т.д. Такое устройство называется мультиплексор ну и по логике устройство отличное(зеркальное) от него называется демультиплексор.

Если соединить два ИЛИ как показано на схеме, то мы получим ТРИГГЕР суть которого сводится к хранению состояния так как из-за логического соединения изначально выход триггера находится в состояние 0, но стоит замкнуть (подать 1) хотя бы раз вход S (set - англ. поставил) то на выходе мы получаем 1, ну и на инвертированном выходе 0, такое состояние сохраниться независимо от изменений S, пока на разъем R (reset - сброс) мы не подадим логический 1, тогда триггер вернется в состояние 0 на выходе и будет ждать 1 на вход. Триггер - англ. Спусковой крючок.

По сути триггер позволяет нам хранить предидущее состояние и на этой логике основывается ПАМЯТЬ, как оперативная RAM (при отключение электроэнергии она стирается или входит в изначальное положение), так и ROM - постоянная память.

Постоянная память может быть заложенной заводом изготовителем ROM, одноразово программируемой PROM и многократно программируемой EPROM, о которой мы уже будем говорить в курсе по прошивке модулей стиральных машин и холодильников.