70. Логические элементы. Основные логические функции.

Логические элементы — устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме (последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике, последовательность «0», «1» и «2» в троичной логике, последовательности «0», «1», «2», «3», «4», «5», «6», «7», «8» и «9» в десятичной логике). Физически логические элементы могут быть выполнены механическими, электромеханическими (на электромагнитных реле), электронными (на диодах и транзисторах), пневматическими, гидравлическими, оптическими и др. От десятичных логических элементов перешли к двоичным логическим элементам. Двоичность и троичность позволяет значительно сократить количество операций и элементов, выполняющих эту обработку, по сравнению с десятичными логическими элементами. Логические элементы выполняют логическую функцию (операцию) над входными сигналами (операндами, данными). Всего возможно x^(xn)*m логических функций и соответствующих им логических элементов, где x — основание системы счисления, n —число входов (аргументов), m— число выходов, то есть бесконечное число логических элементов. Всего возможны 2^(22)*1=2⁴=16 двоичных двухвходовых логических элементов и 2^(23)*1=2⁸=256 двоичных трёхвходовых логических элементов (Булева функция). Кроме 16 двоичных двухвходовых логических элементов и 256 трёхвходовых двоичных логических элементов возможны 19 683 двухвходовых троичных логических элемента и 7 625 597 484 987 трёхвходовых троичных логических элементов (троичные функции). Отрицание, НЕ Повторение, ДА Конъюнкция (логическое умножение). Операция 2И. Функция min(A,B) Дизъюнкция (логическое сложение). Операция 2ИЛИ. Функция max(A,B) Инверсия функции конъюнкции. Операция 2И-НЕ (штрих Шеффера) Инверсия функции дизъюнкции. Операция 2ИЛИ-НЕ (стрелка Пирса) Эквивалентность (равнозначность), 2ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ_ИЛИ-НЕ Сложение по модулю 2 (2Исключающее_ИЛИ, неравнозначность). Инверсия равнозначности. Импликация от A к B (прямая импликация, инверсия декремента, A<=B) Импликация от B к A (обратная импликация, инверсия инкремента, A>=B) Декремент. Запрет импликации по B. Инверсия импликации от A к B Инкремент. Запрет импликации по A. Инверсия импликации от B к A

71. Классификация электронных транзисторных физических реализаций логических элементов.

Логические элементы подразделяются и по типу использованных в них электронных элементов. Наибольшее применение в настоящее время находят следующие логические элементы: РДЛ (резисторно-диодная логика) РТЛ (резисторно-транзисторная логика) РЕТЛ (резисторно-емкостная транзисторная логика) ДТЛ (диодно-транзисторная логика) ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) ТТЛШ (то же с диодами Шоттки) ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) ИИЛ (интегрально-инжекционная логика) КМОП (логика на основе комплементарных ключей на МОП транзисторах).РДЛ: Принципиальная схема простейшего логического элемента «И» и таблица истинности представлены на рис. Если хотя бы на одном входе схемы имеется низкий уровень положительного напряжения, принимаемый за условный нуль, то диод, связанный через катод с этим входом, открыт и напряжение на его аноде, а, следовательно, и на выходе устройства равно нулю. Простейшее логическое устройство с таблицей истинности, выполняющее операцию дизъюнкции над логическими переменными x₁ и x₂ , выраженными в форме электрических напряжений, представлены на рис. . Под единичным уровнем понимают высокий положительный потенциал. Если единичный уровень присутствует хотя бы на одном входе, то через открытый диод VD1 (VD2) это напряжение передаётся на выход, создавая единичный уровень напряжения. Недостатки диодной логики: схемы критичны к внутреннему сопротивлению источников ЭДС . РТЛ:Коллектор транзистора (ключа) соединён через резистор с шиной питания, а эмиттер с корпусом. К базе подключены резисторы, являющиеся входами. При отсутствии напряжения на всех входах транзистор закрыт и на выход через резистор поступает напряжение близкое к напряжению питания, то есть логическая единица на выходе при нолях на входе при позитивной логике. ДТЛ: Принципиальная схема такого устройства показана на рис. В данном устройстве диоды VD₁ и VD₂ (совместно с резистором R₁) выполняют логическую операцию «И», транзистор VT₁ работает в схеме инвертора и выполняет операцию «НЕ», диоды VD_см1 и VD_смn служат увеличения порога открывания ключа, собранного на транзисторе VT₁. ТТЛ: Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ, TTL) — разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала (в отличие от резисторно-транзисторной и диодно-транзисторной логики). Простейший базовый элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И-НЕ, в принципе повторяет структуру ДТЛ микросхем и в то же время за счёт использования многоэмиттерного транзистора, объединяет свойства диода и транзисторного усилителя что позволяет увеличить быстродействие и энергопотребление, снизить потребляемую мощность и усовершенствовать технологию изготовления микросхемы. ЭСЛ: ЭСЛ – эта логика, иначе называемая логикой на переключателях тока, построена на базе биполярных транзисторов, объединённых в дифференциальные каскады. Один из входов обычно подключён внутри микросхемы к источнику опорного (образцового) напряжения, примерно посредине между логическими уровнями. Сумма токов через транзисторы дифференциального каскада постоянна, в зависимости от логического уровня на входе изменяется лишь то, через какой из транзисторов течёт этот ток. В отличие от ТТЛ, транзисторы в ЭСЛ работают в активном режиме и не входят в насыщение или инверсный режим. Это приводит к тому, что быстродействие ЭСЛ-элемента при той же технологии (тех же характеристиках транзисторов) гораздо больше, чем ТТЛ-элемента, но больше и потребляемый ток. К тому же, разница между логическими уровнями у ЭСЛ-элемента намного меньше, чем у ТТЛ (меньше вольта), и, для приемлемой помехоустойчивости, приходится использовать отрицательное напряжение питания (а иногда и применять для выходных каскадов второе питание). Зато максимальные частоты переключения триггеров на ЭСЛ более, чем на порядок превышают возможности современных им ТТЛ.