Рис. 12.5. Условное графическое обозначение элемента НЕ
Что такое элемент типа ИЛИ — НЕ?
Это логический элемент[26], реализующий отрицание логического сложения (функция Пирса) или, что в конечном результате равнозначно, реализующий произведение отрицаний; запишем это следующим образом:
Следовательно, это элемент, представляющий собой соединение двух функций, отсюда название ИЛИ — НЕ. Элемент ИЛИ — НЕ дает на выходе единицу тогда и Только тогда, когда на обоих входах присутствует сигнал 0. Это можно представить в виде табл. 12.5.
Графическое изображение элемента типа ИЛИ — НЕ показано на рис. 12.6. Как следует из записи функции, элемент ИЛИ — НЕ можно реализовать соединением элементов ИЛИ и НЕ либо соединением двух элементов НЕ с элементом И (рис. 12.7). Более того, можно показать, что при использовании элементов ИЛИ — НЕ удается реализовать любую переключающую функцию. Примеры практических решений элементов типа ИЛИ — НЕ приведены на рис. 12.10, в, 12.11.
Рис. 12.6. Условное графическое обозначение элемента ИЛИ — НЕ
Рис. 12.7. Функция И при использовании элементов типа ИЛИ — НЕ
Что такое элемент И — НЕ?
Это элемент, реализующий отрицание логического умножения (функцию Шеффера) или, что равнозначно в конечном результате, сумме отрицаний. Запишем эту функцию следующим образом:
Следовательно, это логический элемент, представляющий собой соединение двух функций, отсюда название И — НЕ. Из выражения следует, что элемент И — НЕ имеет на выходе сигнал 0 тогда и только тогда, когда оба входных сигнала имеют значения 1. Это можно свести в табл. 12.6.
Графическое изображение элемента И — НЕ представлено на рис. 12.8. Как следует из записи функции, элемент И — НЕ можно реализовать, соединив элемент И с элементом НЕ или два элемента НЕ с элементом ИЛИ. Применение элементов И — НЕ позволяет реализовать любые переключающие функции. Пример практического решения элемента И — НЕ приведен на рис. 12.10. б.
Рис. 12.8. Условное графическое обозначение элемента И — НЕ
Каково применение логических элементов в цифровой технике?
Простейшие логические элементы представляют собой основные схемы, входящие в сложные функциональные логические схемы, реализующие часто очень сложные функции. Такие схемы называются комбинационными логическими схемами. Реализация схемы, выполняющей определенное задание, т. е. определенную логическую функцию, обычно возможна в различных вариантах, отличающихся числом и типом используемых логических элементов. Например, как уже указывалось выше, даже реализация элементов ИЛИ — НЕ возможна в двух вариантах. Очевидно, что следует стремиться к тому, чтобы техническая реализация была проще и требовала наименьшего количества логических элементов. Такой процесс, включающий, в частности, упрощение алгебраической записи реализуемой логической функции и называемый процессом минимизации, проводится на этапе проектирования сборки с использованием прежде всего преобразований, следующих из булевой алгебры, например таких, как
— (сравните элемент ИЛИ — НЕ);
— (сравните элемент И — НЕ);
х·у + х·z = х·(у + z).
В процессе преобразования и упрощения логических функций часто пользуются законами коммутативности, ассоциативности и дистрибутивности, которые обязательны также и в булевой алгебре Кроме того, при реализации сложных функций часто удобнее пользоваться так называемыми картами Карно, являющимися графическим представлением произведений всех комбинаций имеющихся переменных. В частности, логические элементы используются для создания матричных схем, служащих для преобразования кодов, триггеров и разных схем, выполняющих сложные функции, например таких, как калькуляторы, цифровые машины, генераторы различных сигналов, электромузыкальные инструменты, электронные часы, измерительные приборы.
26
Логические элементы, реализующие функции И, ИЛИ, НЕ, И — НЕ, ИЛИ — HЕ, относятся к одноступенчатой логике. —