Основные логические элементы компьютера

Основные логические элементы компьютера – это логические вентили И, ИЛИ и НЕ, объединенные в полусумматоры и полные сумматоры. Они применяются для вычислений. Для хранения информации в регистрах и оперативной памяти компьютера, а также во флэш-картах применяют комбинацию логических вентилей, которая называется триггер.

В регистры микропроцессора информация (данные) поступают как из ячеек памяти, так и из внешних устройств. Данные регистров доступны для микропроцессора. Обработка данных происходит в регистрах. Результаты обработки или данные, хранимые в регистрах, можно вывести в любую ячейку оперативной памяти или на внешнее устройство.

На вход логических вентилей поступает высокое (единица) или низкое (ноль) напряжение. Используя законы формальной булевой логики, компьютер складывает эти двоичные цифры с помощью сумматоров. Соединяя их в более сложные схемы, можно также вычитать, умножать и делить.

Логические вентили И, ИЛИ имеют по два (или больше) входа и один выход.

Логический вентиль И выполняет операцию конъюнкции (логического умножения). На выходе получается единица, только если на оба входа поступили единицы (рис.3.1).

Рис.3.1. Операции логического вентиля И

Логический вентиль ИЛИ выполняет операцию дизъюнкции (логического сложения). На выходе получается ноль, только если на оба входа поступили нули (рис.3.2).

Рис. 3.2. Операции логического вентиля ИЛИ

Логический вентиль НЕ выполняет операцию инверсии (отрицания). Имеет один вход и один выход. Единица на входе дает ноль на выходе и наоборот (рис.3.3).

Рис. 3.3. Операции логического вентиля НЕ

Полусумматор (рис. 3.4) предназначен для сложения одноразрядных двоичных чисел. Может выдавать бит переноса – число, которое «переносится» в старший разряд, – но не может принимать бит переноса из младшего разряда. Применяется в каскаде сумматоров (схеме из отдельных сумматоров) для вычислений в младшем разряде.

Рис. 3.4. Полусумматор

Очевидно, что бит переноса возникает при сложении двух единиц. На выходе полусумматора будет ноль, если на вход подаются одинаковые цифры, и единица, если разные. Это соответствует двоичной таблице сложения.

Сумматор (рис. 3.5) складывает два одноразрядных двоичных числа и бит переноса от младшего разряда. В свою очередь передает бит переноса в старший разряд.

Рис.3.5. Сумматор

Каскад сумматоров объединяет полусумматор для младшего разряда и по одному сумматору для старших разрядов чисел. Он позволяет суммировать многоразрядные двоичные числа.

Триггер (рис. 3.6) позволяет запоминать, хранить и считывать информацию.

Рис.3.6. Триггер

На триггерах строятся ячейки оперативной памяти, регистры. Каждый триггер хранит 1 бит информации. Состоит из двух логических элементов «ИЛИ» и двух элементов «НЕ». У него два входа и один выход. При работе триггера учитывается его предыдущее состояние.

В исходном состоянии на оба входа поданы 0 и на выходе будет 0.

Если на вход А подана 1, а на В – 0, то на выходе будет 1. Если теперь опять подать 0 на вход А (убрать напряжение), то на выходе останется 1. Пока предыдущее состояние равно 1, а на второй вход подается 0, на выходе всегда будет 1. Для того чтобы сбросить 1, надо подать единицу на вход В.

Если на А – ноль и предыдущее состояние – ноль, то на выходе – ноль.

Если на В – ноль, а от предыдущего состояния или с А поступает единица, то на выходе – единица. Если на В – единица, то на выходе – ноль.