Логикалық элементтер негіздері

Логикалық элементтер негіздері

Сабақтың мақсаты: Жартылай өткізгіш дара приборлармен құрылған логикалық элементтердің құрылу принципін, жұмысын түсіну және меңгеру. Логикалық элементтердің интегралдық микросхема түрінде құрылу принципімен және оларды зерттеу әдісімен танысу.

Қажеттілігі: Автоматты басқару теориясында логикалық алгебраның қағидалары кеңінен қолданылады. Оның өзі математикалық логиканың міндетті бір бөлімі болып саналады. Математикалық логика жалпы логика ғылымының негізгі саласы. Логиканың қай бөлімі болмасын, екі түрлі пікірді жетекшілікке алады. Олардың бірі – ақиқат, екіншісі – жалған. Осы екі пікірді екі түрлі шартты символмен белгілеу келісілген. Пікірдің ақиқат екендігі – бірлік «1» арқылы, жалған екендігі ноль «0» арқылы бейнеленеді. Мағынасы тек «0» немесе «1» арқылы екі шамалармен өрнектелетін процестер айнымалы екілік шамалар деп аталады.

        Сонымен қатар, логикалық алгебрада мәндері «0» және «1» арқылы ғана анықталатын, солай бола тұра басқа логикалық шамаларға тәуелді болып келетін пікірлерде кездеседі. Мұндай пікірлер алдыңғы пікірлерге тәуелді болғандықтан, функцияның міндетін атқарады. Мәндері «0» және «1» арқылы өрнектелетін, өздері басқа логикалық шамаларға тәуелді пікірлер екілік функциялар деп аталады. Екілік функциялар, басқа да айнымалы екілік шамалар тәрізді диод-транзисторлармен құрылған логикалық элементтер арқылы іс жүзіне асырылады.

Жұмыстың мақсаты: Жартылай өткізгіш дара приборлармен құрылған логикалық элементтердің құрылу принципін, жұмысын түсіну және меңгеру.

Студент білуі тиіс:

1. Логикалық алгебраның аппаратын;
2. Екілік санақ жүйесін;
3. Негізгі логикалық элементтердің түрлері мен қасиеттерін;
4. Логикалық элементтердің ақиқат кестесін құруды;
5. Электроникалық тәсілдер арқылы екілік айнымалы шамаларды өндіру жолдарын;
6. Логикалық элементтердің күйлерін тексеру принципін;
7. Қарапайым логикалық элементтерді құру және зерттеу әдістерін;

Студент меңгеруі тиіс:

1. Логикалық айнымалы шамалардың мәндерін комутациялаушы тізбектердің көмегімен тағайындауды;
2. Екілік айнымалы шамалар мен екілік функциялардың мәндерін кернеу арқылы межелеуді;
3. Айнымалы шамаларды дірілсіз өндіруді;
4. ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС логикалық амалдарды орындаушы қарапайым логикалық схемаларды құруды  және зерттеуді;
5. Логикалық элементтердің схемаларын тікелей талдауды;
6. Принципін сипаттаушы схемадан құрылу схемасына еркін көшуді;
7. Өлшеу нәтижелеріне сүйене отырып логикалық элементтің құрылымын анықтауды;
8. Динамикалық зерттеу нәтижелерін статикалық мағлұматтармен салыстырып саралауды.

Жұмыстың қысқаша мазмұны

        Автоматты басқару схемалары мен цифрлық есептеу машиналарында логикалық элементтер екі орнықты күйде бола алатын құрылғылар арқылы іске асырылады. Осы құрылғылардың бір күйін, мысалы потенциалы жоғары жағдайды, оқиғаның «ақиқатына» екінші күйін, яғни потенциалы төмен кезін оқиғаның «жалған» болған кезіне балауға болады. Соған сәйкес, осы күйлерге сүйене отырып орындалатын көп  амалдардың арасында қарапайым үш амал бар.

1. Логикалық көбейту амалы ЖӘНЕ, немесе конъюнкция амалы: [pic 1]. Мұндағы [pic 2] шамалары функцияның аргументтері. Оқиғаның ақиқаты [pic 3]  егер оның құраушылары түгелдей бір мезгілде [pic 4] болса ғана. Егер оның аргументтерінің біреуі жалған болса, оқиға да жалған.
2. Логикалық қосу амалы НЕМЕСЕ, оны дизъюнкция деп те атайды: [pic 5]. Оқиға ақиқатқа (шындыққа) сәйкес келеді, яғни [pic 6] егер оның құраушыларының біреуінің ақиқат екені рас болса. Оқиға жалған болу үшін [pic 7] оның барлық құраушылары түгелдей жалған болуы керек.
3. Логикалық инверсиялау (жоққа шығару) ЕМЕС, бұл амал инверсия деп те аталады: [pic 8] және У функциясының мәні «Х  емес» деп оқылады. ЕМЕС амалының міндеті ақиқаты анық оқиғаны жоққа түрлендіру және керісінше. Басқаша айтқанда, амалды орындау нәтижесі амалға қатынасын шамаға әрқашанда қарсы.

Бұлардан басқа логикалық алгебрада амалдардың түрлері де кездеседі:

тиым салу амалы ЖОҚ  [pic 9];

мағынасы бірдей оқиғалар; Х1~ Х2;

мағынасы әртүрлі оқиғалар[pic 10];

сәйкес келмейтін оқиғалар Х1 ׀ Х2 және басқалар.

Мұндай амалдардың жалпы саны 16. Әрбір логикалық амал үшін ақиқат кестесі құрылады (1-кесте).

Іс жүзінде аталмыш амалдар логикалық элеметтермен орындалады. Логикалық элементтер-дегеніміз логикалық функцияларды орындауға арналған электрондық құрылғылар. Мұндай құрылғылар кірісіндегі екілік санақ жүйесіндегі сигналдармен басқарылады, нәтижесінде олардың шығысында екілік санақ жүйесіндегі функциялар туындайды. Барлық логикалық амалдарды орындаушы логикалық элементтерге орындалатын амалдың аты - жөні беріледі: ЖӘНЕ, НЕМЕСЕ, ЕМЕС. Логикалық элементтерді диодтар мен транзисторларды пайдаланып құруға  болады.