Уроки 54 - 55
Логические основы устройства компьютера

§ 3.2. Логические основы устройства компьютера

Содержание урока

3.2.1. Базовые логические элементы

3.2.2. Сумматор двоичных чисел

3.2.1. Базовые логические элементы

Дискретный преобразователь, который после обработки входных двоичных сигналов выдает на выходе сигнал, являющийся значением одной из логических операций, называется логическим элементом. Базовые логические элементы реализуют три базовые логические операции:

• логический элемент «И» (конъюнктор) — логическое умножение;
• логический элемент «ИЛИ» (дизъюнктор) — логическое сложение;
• логический элемент «НЕ» (инвертор) — инверсию.

Любая логическая операция может быть представлена в виде комбинации трех базовых, поэтому любые устройства компьютера, производящие обработку или хранение информации (сумматоры в процессоре, ячейки памяти в оперативной памяти и др.), могут быть собраны из базовых логических элементов.

Логические элементы компьютера оперируют с сигналами, представляющими собой электрические импульсы. Есть импульс — логическое значение сигнала 1, нет импульса — значение 0. На входы логических элементов поступают сигналы-аргументы, на выходе появляется сигнал — значение функции.

Преобразование сигнала логическим элементом задается таблицей состояния, которая фактически является таблицей истинности, соответствующей логической функции.

Логический элемент «И» — конъюнктор (рис. 3.1). На входы А и В логического элемента последовательно подадим четыре пары сигналов, на выходе получим последовательность из четырех сигналов, значения которых определяются в соответствии с таблицей истинности операции логического умножения.

Рис. 3.1. Логический элемент «И» — конъюнктор

Простейшей моделью логического элемента «И» может быть электрическая схема, состоящая из источника тока, лампочки и двух выключателей (рис. 3.2). Данную схему можно собрать из реальных электрических элементов или с использованием компьютерного конструктора «Начала электроники».

Из схемы видно, что если оба выключателя замкнуты (на обоих входах 1), по цепи идет ток и лампочка горит (на выходе 1).

Рис. 3.2. Электрическая схема модели логического элемента «И» и ее реализация в компьютерном конструкторе «Начала электроники»

Логический элемент «ИЛИ» — дизъюнктор (рис. 3.3). На входы А и В логического элемента последовательно подадим четыре пары сигналов, а на выходе получим последовательность из четырех сигналов, значения которых определяются в соответствии с таблицей истинности операции логического сложения.

Рис. 3.3. Логический элемент «ИЛИ» — дизъюнктор

Простейшей моделью логического элемента «ИЛИ» может быть электрическая схема, которую можно собрать из реальных электрических элементов или с использованием компьютерного конструктора «Начала электроники» (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Электрическая схема модели логического элемента «ИЛИ» и ее реализация в компьютерном конструкторе «Начала электроники»

Из схемы видно, что если хотя бы один выключатель замкнут (на входе 1), по цепи идет ток и лампочка горит (на выходе 1).

Логический элемент «НЕ» — инвертор (рис. 3.5). На вход А логического элемента последовательно подадим два сигнала, на выходе получим последовательность из двух сигналов, значения которых определяются в соответствии с таблицей истинности логической инверсии.

Рис. 3.5. Логический элемент «НЕ»

Простейшей моделью логического элемента «НЕ» может быть электрическая схема, которую можно собрать из реальных электрических элементов или с использованием компьютерного конструктора «Начала электроники» (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Электрическая схема модели логического элемента «НЕ» и ее реализация в компьютерном конструкторе «Начала электроники»

Из схемы инвертора видно, что когда переключатель не замкнут (на входе 0), лампочка горит (на выходе 1). Наоборот, когда кнопку переключателя замыкают (на входе 1), лампочка гаснет (на выходе 0).

Контрольные вопросы

1. Объясните действие электрических схем, реализующих модели логических элементов, с точки зрения законов постоянного тока.

Cкачать материалы урока