Базовые логические элементы компьютера
методическая разработка по информатике и икт (11 класс) по теме

Базовые логические элементы компьютера

Принципы работы вычислительных машин в своей основе весьма просты. Работа компьютера состоит в операциях над числами и символами, закодированными двумя цифрами – 0 и 1 и пересылке этой информации по линиям связи. (Единица кодируется более высоким уровнем напряжения, чем 0). А работа всех устройств компьютера заключается в операциях над этими последовательностями из 0 и 1.

Средством обработки двоичных сигналов в компьютере являются логические элементы. Оказывается, что для реализации любых логических операций достаточно элементов трёх типов – элементов, реализующих три основные логические операции: И, ИЛИ, НЕ.

Логические элементы – это электронные схемы с одним или несколькими входами и одним выходом, через которые проходят электрические сигналы, представляющие цифры 0 и 1.

Простейшим логическим элементом является элемент НЕ (инвертор). Этот элемент имеет один вход и один выход.

Функция                                 Логика

(инверсия)

z=не(x)

z=

Работа этого элемента состоит в том, что если на его вход Х поступает сигнал 0, то на выходе Z появится сигнал 1, а если на входе 1, то на выходе 0.

Логика работы элемента НЕ (инвертора) заключается в формировании сигнала-отрицания Z, значение которого противоположно значению входного сигнала Х.

Второй основной элемент реализует логическую функцию И. Это элемент И или конъюнктор.

Функция                                 Логика

(конъюнкция)

Z=XиY                                

Z=X&Y

Z=XΛY

Z=X·Y

Логика элемента И (конъюнктора) заключается в том, что на его выходе Z сигнал 1 будет сформирован тогда и только тогда, когда сигнал 1 будет и на первом, и на втором входе. Если хотя бы на одном из входов будет 0, то и на выходе также будет 0.

Третий логический элемент реализует логическую функцию ИЛИ, которая соответствует объединяющему союзу или. Это элемент ИЛИ (дизъюнктор).

Функция                                 Логика

(дизъюнкция)

Z=XилиY                                

Z=X+Y

Z=XY

Работа элемента ИЛИ предполагает, что сигнал 1 на выходе будет получен, если сигнал 1 поступает хотя бы на один вход: либо на Х, либо на Y, либо и на Х и на Y одновременно. Сигнал 0 на выходе элемента ИЛИ появляется только в том случае, если сигнал 1 не поступил ни на один вход.

Процесс построения функциональных схем для разработки устройств ПК можно описать следующим образом:

1. На основании анализа функции, которую реализует устройство, составляется таблица истинности.

2. По этой таблице находят логическую функцию.

а) в заданной таблице выбираются наборы переменных, при которых значение функции равно 1.

б) для каждого такого набора записываются конъюнкции всех входных переменных, имеющих значение 1. При этом те переменные, которые имеют значение 0, записываются с отрицанием.

в) все полученные конъюнкции объединяются знаками дизъюнкции. Это и будет искомая логическая функция, которую предстоит далее упростить.

3. Производится упрощение логической функции.

4. По упрощённой логической функции строится функциональная логическая схема устройства.

Рассмотрим пример построения функциональной схемы. Имеем таблицу истинности

Находим логическую функцию:

а) выбираем наборы переменных, при которых значение функции равно 1.

В нашем случае их 3.

б) записываем конъюнкции всех входных переменных, имеющих значение 1, те переменные, которые имеют значение 0, записываем с отрицанием.

Получаем 3 конъюнкции:  и ,  и Y, X и

в) полученные конъюнкции объединяем знаками дизъюнкции. Имеем:

Z = ( и ) или ( и Y) или (X и ).

Соответствующая этому описанию логическая схема из элементов И, ИЛИ, НЕ будет иметь вид:

Домашнее задание.

§ 3.7.1, конспект.

Составить схему, работа которой задана таблицей истинности