Logična vrata IN, ALI, NE, IN-NE, ALI-NE in njihove tabele resnic
Električno vezje, ki je zasnovano za izvajanje katere koli logične operacije na vhodnih podatkih, se imenuje logični element. Vhodni podatki so tu predstavljeni v obliki napetosti na različnih nivojih, rezultat logične operacije na izhodu pa dobimo tudi v obliki napetosti na določenem nivoju.
V tem primeru se operandi posredujejo v dvojiškem zapisu — vhod logičnega elementa sprejema signale v obliki visoke ali nizke napetosti, ki v bistvu služijo kot vhodni podatki. Torej napetost na visoki ravni - to je logična 1 - pomeni pravo vrednost operanda, napetost na nizki ravni 0 pa lažno vrednost. 1 – TRUE, 0 – FALSE.
Logični element — element, ki izvaja določeno logično povezavo med vhodnimi in izhodnimi signali. Logični elementi se običajno uporabljajo za izgradnjo računalniških logičnih vezij, diskretnih vezij za avtomatski nadzor in upravljanje.Za vse vrste logičnih elementov, ne glede na njihovo fizično naravo, so značilne diskretne vrednosti vhodnih in izhodnih signalov.
Logična vrata imajo enega ali več vhodov in enega ali dva (običajno obrnjena) izhoda. Vrednosti "ničl" in "enic" izhodnih signalov logičnih elementov so določene z logično funkcijo, ki jo izvaja element, in vrednosti "ničl" in "enic" vhodnih signalov, ki igrajo vlogo neodvisnih spremenljivk. Obstajajo osnovne logične funkcije, ki jih je mogoče uporabiti za izdelavo katere koli kompleksne logične funkcije.
Odvisno od razporeditve vezja elementa, njegovih električnih parametrov, imajo logične ravni (visoke in nizke napetostne ravni) na vhodu in izhodu enake vrednosti za visoka in nizka (resnična in lažna) stanja.
Tradicionalno se logični elementi proizvajajo v obliki posebnih radijskih komponent - integriranih vezij. Logične operacije, kot so združevanje, razdruževanje, zanikanje in dodajanje po modulu (AND, ALI, NE, izključujoče ALI), so osnovne operacije, ki se izvajajo na logičnih elementih osnovnih tipov. Oglejmo si podrobneje vsako od teh vrst logičnih vrat.
Logični element "IN" — povezava, logično množenje in IN
"IN" je logični element, ki izvede veriženje ali logično množenje vhodnih podatkov. Ta element ima lahko od 2 do 8 (najpogostejši v proizvodnji "IN" elementi z 2, 3, 4 in 8 vhodi) vhodov in en izhod.
Simboli logičnih elementov «IN» z različnim številom vhodov so prikazani na sliki. V besedilu je logični element "In" z enim ali drugim številom vhodov označen kot "2I", "4I" itd. — element "IN" z dvema vhodoma, s štirimi vhodi itd.
Tabela resnic za element 2I kaže, da bo izhod elementa logična enica samo, če so logične 1 na prvem vhodu IN na drugem vhodu. V ostalih treh možnih primerih bo rezultat enak nič.
V zahodnih diagramih ima ikona elementa "In" ravno črto na vhodu in zaokrožitev na izhodu. Na notranjih diagramih - pravokotnik s simbolom «&».
ALI logični element — disjunkcija, logično seštevanje, ALI
"ALI" je logični element, ki izvede disjunktno ali logično seštevanje vhodnih podatkov. Tako kot element "IN" je izdelan z dvema, tremi, štirimi itd. vhod in en izhod. Simboli logičnih elementov «ALI» z različnim številom vhodov so prikazani na sliki. Ti elementi so označeni na naslednji način: 2ALI, 3ALI, 4ALI itd.
Tabela resnic za element «2ALI» kaže, da je za pojav logične enote na izhodu dovolj, da je logična enota na prvem vhodu ALI na drugem vhodu. Če bo logika na dveh vhodih hkrati, bo tudi izhod en.
V Western diagramih ima element ALI zaokroženo vstopno točko in zaokroženo izstopno točko. Na notranjih diagramih - pravokotnik s simbolom "1".
Logična vrata «NE» — negacija, inverter, NO
«NE» je logični element, ki izvede operacijo logičnega zanikanja vhodnih podatkov. Ta element, ki ima en izhod in samo en vhod, imenujemo tudi inverter, ker pravzaprav invertira (obrne) vhodni signal. Slika prikazuje konvencionalni zapis logičnega elementa "NE".
Tabela resničnosti za pretvornik kaže, da visok potencial na vhodu daje nizek potencial na izhodu in obratno.
V zahodnih diagramih ima ikona elementa «NE» obliko trikotnika s krogom na izhodu. Na bitnih verigah — pravokotnik s simbolom «1» s krogom na izhodu.
Logični element «IN-NE» — povezava (logično množenje) z zanikanjem, NAND
«IN-NE» — logični element, ki izvaja operacijo logičnega seštevanja vhodnih podatkov in nato operacijo logičnega zanikanja, rezultat se napaja na izhod. Z drugimi besedami, to je v bistvu element IN, dopolnjen z elementom NE. Slika prikazuje konvencionalni zapis logičnega elementa «2I-NOT».
Tabela resnic za element NAND je nasprotna tabeli resnic za element AND. Namesto treh ničel in ene so tri enice in ničla. Element NAND se imenuje tudi Schaeferjev element v čast matematika Henryja Morrisa Schaeferja, ki je prvi opazil pomen tega logično delovanje leta 1913. Označena je z "In", le s krogom na izhodu.
Logični element «ALI-NE» — disjunkcija (logično seštevanje) z zanikanjem, NE
«ALI -NE» — logični element, ki izvede operacijo logičnega seštevanja vhodnih podatkov in nato operacijo logičnega zanikanja, rezultat se napaja na izhod. Z drugimi besedami, to je element "ALI", dopolnjen z elementom "NE" - pretvornik. Slika prikazuje konvencionalni zapis logičnega elementa «2ALI-NE».
Tabela resnic za element ALI-NE je nasprotna tabeli resnic za element ALI. Visok potencial na izhodu dobimo le v enem primeru - nizki potenciali se hkrati uporabljajo za oba vhoda. Označeno kot «ALI», samo z izhodnim krogom, ki označuje inverzijo.
Logična vrata «izključni ALI» — seštevanje po modulu 2, XOR
"Izključni ALI" — logični element, ki izvaja logično operacijo seštevanja vhodnih podatkov po modulu 2, ima dva vhoda in en izhod. Ti elementi se pogosto uporabljajo v krmilnih shemah. Slika prikazuje simbol za ta element.
Slika v zahodnih shemah - kot "ALI" z dodatno ukrivljeno črto na strani vhoda, v domačih - kot "ALI", le namesto "1" bo napisano "= 1".
Ta logični element se imenuje tudi "neenakost". Visok nivo napetosti bo na izhodu le, če vhodni signali niso enaki (ena ena, druga nič ali ena nič in druga ena), tudi če sta na vhodu dve enoti hkrati, bo izhod biti nič — to je razlika od «ALI». Ti logični elementi se pogosto uporabljajo v seštevalnikih.