Ранее мы с вами смогли построить самый примитивный логический элемент используя элементно компонентную базу состоящую из 2-х транзисторов. Если вы каким то образом пропустили эту статью, то срочно переходите по этой ссылке. Для дальнейшего понимания вам нужно быть ознакомленным с начальным материалом.
Сегодня мы с вами пойдем дальше и попробуем сконструировать другие цифровые элементы, которые необходимы для функционирования различных блоков микропроцессора.
Давайте начнем с элемента И. Сначала вспомним в чем заключается его функция. На выходе элемента И будет логическая 1 только тогда, когда на все его входы будет подан потенциал логической 1. Во всех остальных случаях на выходе будет логический 0.
Для простоты рассмотрим 2-х входовой элемент И. Все необходимые логические условия сможет выполнить следующая конфигурация:
Но к сожалению данная схема не будет удовлетворять другим требованиям, таким как пропускным требованиям и следовательно требованиям по быстродействию. Все дело в том, что p-канальные транзисторы лучше проводят через себя высокий логический уровень, в то время как n-МОП транзисторы лучше пропускают логический 0.
Поэтому гораздо легче и правильнее реализовать функцию И-НЕ. Ее действие противоположно функции И. Когда на входе все 1, то на выходе будет 0, в других случаях на выходе 1. Думаю вы уже и сами можете попробовать нарисовать схему.
Давайте проверим как он работает.
На приведенном выше рисунке вы можете видеть как проходят сигналы. Таким образом мы смогли создать требуемый логический элемент. Если элемент имеет большее количество входов, то структура просто масштабируется. Таким образом если входов 4, то будет 4 параллельно соединенных p-МОП и 4 последовательно соединенных n-МОП транзисторов.
С элементом ИЛИ такая же ситуация, будем реализовывать только ИЛИ-НЕ.
А вот его работу можете проверить сами.
На этом этапе мы создали так называемый базис, те элементы, из которых можно реализовать все оставшиеся логические функции. Наш базис состоит из 3-х элементов: И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ. Нужен элемент И? Просто соедини И-НЕ и НЕ последовательно. Вообще можно реализовать все функции используя только элемент И-НЕ или ИЛИ-НЕ, но так выйдет более ресурсозатратно.
Для того, чтобы реализовать различные функции необходимо знать булеву алгебру. Используя ее теоремы и аксиомы можно легко реализовать любую самую сложную функцию.
Попробуйте сами изобразить элемент исключающего ИЛИ (XOR). Его функция заключается в том, что на выходе будет логическая 1 только тогда, когда входы разные. Ниже приведена таблица истинности этого элемента. Скидывайте свои решения в комментарии, я по возможности буду отвечать на них.
Если говорить вкратце, то что касается цифровых элементов это все. Можно еще много говорить про способы минимизации, оптимизации и так далее, но это вы можете изучить самостоятельно, если эта тема вам интересна. Или же если будет много желающих больше узнать про данную тематику, то я составлю отдельную статью.
На этом мы завершили построение этого уровня абстракции. Следующим будет уровень более сложной логики. Комбинационные и последовательные элементы. Об этом я буду рассказывать в следующих статьях. Обязательно подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить выхода новых статей! Так же не забывайте поддерживать выпуски лайками, чтобы я мог оценивать вашу заинтересованность в различных темах и правильно выбирать вектор развития канала.
Всего вам доброго и до скорых встреч!