Porte logiche sono i componenti fondamentali di tutti i circuiti e sistemi digitali. Nell'elettronica digitale, ci sono sette tipi principali di porte logiche utilizzato per eseguire varie operazioni logiche. Una porta logica è fondamentalmente un circuito elettronico progettato utilizzando componenti come diodi, transistor, resistori, condensatori , ecc. e in grado di eseguire operazioni logiche. In questo articolo studieremo la definizione, la tabella di verità e altri concetti correlati alle porte logiche. Cominciamo quindi con l’introduzione di base delle porte logiche.
Tabella dei contenuti
- Cos'è una porta logica?
- Tipi di porte logiche
- E Cancello
- O Cancello
- NON cancello
- Porta NOR
- Porta NAND
- Porta XOR
- Porta XNOR
- Applicazioni delle porte logiche
Cos'è una porta logica?
UN porta logica è un circuito elettronico progettato utilizzando componenti elettronici come diodi, transistor, resistori e altro. Come suggerisce il nome, una porta logica è progettata per eseguire operazioni logiche in sistemi digitali come computer, sistemi di comunicazione, ecc.
Pertanto, possiamo dire che gli elementi costitutivi di un circuito digitale sono le porte logiche, che eseguono numerose operazioni logiche richieste da qualsiasi circuito digitale. Una porta logica può ricevere due o più ingressi ma produrre solo un'uscita. L'uscita di una porta logica dipende dalla combinazione di ingressi e dall'operazione logica eseguita dalla porta logica.
Utilizzo delle porte logiche Algebra booleana per eseguire processi logici. Le porte logiche si trovano in quasi tutti i gadget digitali che utilizziamo regolarmente. Le porte logiche vengono utilizzate nell'architettura dei nostri telefoni, laptop, tablet e dispositivi di memoria.
Tipi di porte logiche
Una porta logica è una porta digitale che consente la manipolazione dei dati. Porte logiche, utilizzano la logica per determinare se far passare o meno un segnale. Le porte logiche, invece, governano il flusso di informazioni in base a una serie di regole.
Le porte logiche possono essere classificate nelle seguenti tipologie principali:
1. Porte logiche di base
Esistono tre porte logiche fondamentali:
- E Cancello
- O Cancello
- NON cancello
2. Porte logiche universali
Nell'elettronica digitale, le due porte logiche seguenti sono considerate porte logiche universali:
- Porta NOR
- Porta NAND
3. Porte logiche derivate
Le seguenti due sono le porte logiche derivate utilizzate nei sistemi digitali:
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- Porta XOR
- Porta XNOR
Discutiamo ora ciascuno di questi tipi di porte logiche in dettaglio uno per uno.
E Cancello
Nell'elettronica digitale, la porta AND è una delle porte logiche di base che esegue la moltiplicazione logica degli ingressi ad essa applicati. Genera un'uscita alta o 1 logico, solo quando tutti gli ingressi ad esso applicati sono alti o 1 logico. Altrimenti, l'uscita della porta AND è bassa o 0 logico.
Proprietà della porta AND:
Di seguito sono riportate due proprietà principali della porta AND:
- La porta AND può accettare due o più di due valori di input alla volta.
- Quando tutti gli ingressi sono 1 logico, l'uscita di questa porta è 1 logico.
Il funzionamento di una porta AND è descritto da un'espressione matematica, chiamata espressione booleana della porta AND.
Per la porta AND a due ingressi, l'espressione booleana è data da,
Z = A.B
Dove A e B sono ingressi alla porta AND, mentre Z denota l'uscita della porta AND.
Possiamo estendere questa espressione a qualsiasi numero di variabili di input, come,
Z=A.B.C.D…
Tabella della verità della porta AND:
Di seguito è riportata la tabella di verità di una porta AND a due ingressi:
Ingresso | Produzione | |
|---|---|---|
UN | B | AE B |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Simbolo della porta AND:
Il simbolo logico di una porta AND a due ingressi è mostrato nella figura seguente.
Simbolo del cancello AND a due ingressi
O Cancello
Nell'elettronica digitale, esiste un tipo di porta logica di base che produce un'uscita bassa o 0 logico solo quando tutti gli ingressi sono bassi o 0 logico. Per tutte le altre combinazioni di ingresso, l'uscita della porta OR è alta o 1 logico. Questo la porta logica è definita porta OR. Una porta OR può essere progettata per avere due o più ingressi ma solo un'uscita. La funzione principale della porta OR è eseguire l'operazione di somma logica.
Proprietà del cancello OR:
Una porta OR ha le seguenti due proprietà:
- Può avere due o più linee di input alla volta.
- Quando tutti gli ingressi al gate OR sono bassi o 0 logico, la sua uscita è bassa o 0 logico.
Il funzionamento di una porta OR può essere descritto matematicamente attraverso un'espressione matematica chiamata espressione booleana della porta OR.
0,2 come frazione
L'espressione booleana per una porta OR a due ingressi è data da,
Z = A + B
L'espressione booleana per una porta OR a tre ingressi è:
Z = A + B + C
Qui A, B e C sono input e Z sono le variabili di output. Possiamo estendere questa espressione booleana a qualsiasi numero di variabili di input.
Tabella della verità della porta OR:
La tabella della verità di una porta OR descrive la relazione tra input e output. Quella che segue è la tabella della verità per la porta OR a due ingressi:
Ingresso | Produzione | |
|---|---|---|
UN | B | A O B |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 1 |
Simbolo della porta OR:
Il simbolo logico di una porta OR a due ingressi è mostrato nella figura seguente.
Simbolo del gate OR a due ingressi
NON cancello
Nell'elettronica digitale, la porta NOT è un'altra porta logica di base utilizzata per eseguire complemento di un segnale di ingresso applicato ad esso. Richiede solo un input e un output. L'uscita della porta NOT è complementare dell'ingresso ad essa applicato. Pertanto, se applichiamo un'uscita bassa o 0 logico alla porta NOT, si ottiene un'uscita alta o 1 logico e viceversa. La porta NOT è detta anche inverter, poiché effettua l'operazione di inversione.
Proprietà di NOT Gate:
- L'uscita di una porta NOT è complementare o inversa dell'ingresso ad essa applicato.
- Il gate NOT accetta solo un'uscita.
Il funzionamento logico della porta NOT è descritto dalla sua espressione booleana, riportata di seguito.
Z= overline{A}
La barra sopra la variabile di input A rappresenta l'operazione di inversione.
Tabella della verità della porta OR:
La tavola della verità descrive la relazione tra input e output. Quella che segue è la tabella della verità per la porta NOT:
Ingresso | Produzione |
|---|---|
UN | NON A |
0 | 1 |
1 | 0 |
Simbolo di NON Porta
Il simbolo del circuito logico di una porta NOT è mostrato nella figura seguente. Qui A è la linea di input e Z è la linea di output.
Simbolo di NON la Porta
Porta NOR
La porta NOR è un tipo di porta logica universale che può accettare due o più ingressi ma un'uscita. È fondamentalmente una combinazione di due porte logiche di base, ovvero la porta OR e la porta NOT. Pertanto, può essere espresso come,
Porta NOR = Porta OR + Porta NOT
In altre parole, una porta NOR è una porta OR seguita da una porta NOT.
Proprietà della porta NOR:
Di seguito sono riportate due importanti proprietà della porta NOR:
- Una porta NOR può avere due o più ingressi e fornire un'uscita.
- Una porta NOR fornisce un'uscita alta o 1 logico solo quando tutti i suoi ingressi sono bassi o 0 logico.
Similmente alle porte logiche di base, possiamo descrivere il funzionamento di una porta NOR utilizzando un'equazione matematica chiamata espressione booleana della porta NOR.
Di seguito è riportata l'espressione booleana di una porta NOR a due ingressi:
C=overline{A+B}
Possiamo estendere questa espressione a qualsiasi numero di variabili di input.
Nelle espressioni booleane precedenti, le variabili A e B sono chiamate variabili di input mentre la variabile C è chiamata variabile di output.
Tabella della verità della porta NOR:
Quella che segue è la tabella della verità di una porta NOR a due ingressi che mostra la relazione tra i suoi ingressi e le sue uscite:
Ingresso | Produzione | |
|---|---|---|
UN | B | A NÉ B |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 0 |
Simbolo della Porta NOR
Porta NAND
Nell'elettronica digitale, la porta NAND è un altro tipo di porta logica universale utilizzata per eseguire operazioni logiche. La porta NAND esegue l'operazione inversa della porta AND. Similmente alla porta NOR, anche la porta NAND può avere due o più linee di ingresso ma solo una linea di uscita.
La porta NAND è anche rappresentata come una combinazione di due porte logiche di base, vale a dire la porta AND e la porta NOT. Pertanto, può essere espresso come
Porta NAND = Porta AND + Porta NOT
Proprietà della porta NAND:
Di seguito sono riportate le due proprietà chiave della porta NAND:
- La porta NAND può accettare due o più ingressi alla volta e produrre un'uscita in base alla combinazione di ingressi applicati.
- La porta NAND produce un'uscita bassa o 0 logico solo quando tutti i suoi ingressi sono alti o 1 logico.
Possiamo descrivere l'espressione della porta NAND attraverso un'equazione matematica chiamata espressione booleana. Ecco l'espressione booleana di una porta NAND a due ingressi.
C=overline{AB} inizializzatore di dizionario C#
In questa espressione, A e B sono le variabili di input e C è la variabile di output. Possiamo estendere questa relazione a qualsiasi numero di variabili di input come tre, quattro o più.
Tabella della verità della porta NAND:
La tabella della verità è una tabella di input e output che descrive il funzionamento della porta NAND e mostra la relazione logica tra loro:
Ingresso | Produzione | |
|---|---|---|
UN | B | UNA NAND B |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Simbolo della porta NAND:
Il simbolo logico di una porta NAND è rappresentato come una porta AND con una bolla all'estremità di uscita, come illustrato nella figura seguente. È il simbolo di una porta NAND a due ingressi.
Simbolo della porta NAND
Porta XOR
Nell'elettronica digitale, esiste una porta logica appositamente progettata denominata porta XOR, che viene utilizzata nei circuiti digitali per funzionare modulo somma . Viene anche indicato come Porta OR esclusivo o porta Ex-OR . Il gate XOR può ricevere solo due input alla volta e fornire un output. L'uscita della porta XOR è alta o 1 logico solo quando i suoi due ingressi sono diversi.
Proprietà di XOR Gate:
Le due seguenti sono le proprietà principali della porta XOR:
- Può accettare solo due input alla volta. Non c'è niente come un gate XOR a tre o più ingressi.
- L'uscita della porta XOR è 1 logico o alto, quando i suoi ingressi sono diversi.
Il funzionamento della porta XOR può essere descritto attraverso un'equazione matematica chiamata espressione booleana. Quella che segue è l'espressione booleana per l'uscita della porta XOR.
Z=A oplus B
Qui Z è la variabile di output e A e B sono le variabili di input.
Questa espressione può anche essere scritta come segue:
Z=A overline{B}+overline{A}B
Tabella della verità della porta XOR:
La tabella della verità è una tabella di input e output che descrivono la relazione tra loro e il funzionamento della porta XOR per diverse combinazioni di input. La tabella di verità della porta XOR è riportata di seguito:
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Ingresso | Produzione | |
|---|---|---|
UN | B | A XOR B |
0 | 0 | 0 |
0 | 1 | 1 |
1 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 |
Simbolo del Portale XOR:
Il simbolo logico di una porta XOR è mostrato nella figura seguente.
Simbolo della porta XOR
Porta XNOR
La porta XNOR è un altro tipo di porta logica per scopi speciali utilizzata per l'implementazione funzionamento esclusivo nei circuiti digitali . Viene utilizzato per implementare l'operazione NOR esclusiva nei circuiti digitali. È anche chiamata porta Ex-NOR o NOR esclusiva. È una combinazione di due porte logiche, vale a dire la porta XOR e la porta NOT. Pertanto, può essere espresso come,
Porta XNOR = Porta XOR + Porta NOT
L'uscita di una porta XNOR è alta o 1 logico quando entrambi gli ingressi sono simili. Altrimenti l'uscita è bassa o 0 logico. Pertanto, la porta XNOR viene utilizzata come circuito rilevatore di somiglianza.
Proprietà di XNOR Gate:
Di seguito sono riportate due proprietà chiave del cancello XNOR:
- Il gate XNOR accetta solo due ingressi e produce un'uscita.
- L'uscita della porta XNOR è alta o 1 logico solo quando ha ingressi simili.
Il funzionamento della porta XNOR può essere descritto attraverso un'equazione matematica chiamata espressione booleana della porta XNOR. Ecco l'espressione booleana della porta XNOR.
Y=A odot B
Possiamo anche scrivere questa espressione nel modo seguente:
Y=AB + overline{A} overline{B}
Qui A e B sono input e Y è l'output.
Tabella della verità del Portale XNOR:
Di seguito è riportata la tabella della verità della porta XNOR. Questa tabella della verità descrive la relazione tra ingressi e uscita della porta XNOR.
Ingresso | Produzione | |
|---|---|---|
UN | B | A XNOR B |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
Simbolo del Portale XNOR:
Il simbolo logico della porta XNOR è mostrato nella figura seguente. Qui A e B sono gli input e Y è l'output.
Simbolo del cancello XNOR
Applicazioni delle porte logiche
Le porte logiche sono gli elementi costitutivi fondamentali di tutti i circuiti e dispositivi digitali come i computer. Ecco alcuni dispositivi digitali chiave in cui le porte logiche vengono utilizzate per progettare i loro circuiti:
- Computer
- Microprocessori
- Microcontrollori
- Orologi digitali e intelligenti
- Smartphone, ecc.
Basato su porte logiche – Domande frequenti
Cosa sono le porte logiche?
Le porte logiche sono circuiti digitali che conducono operazioni logiche sull'input loro fornito e producono l'output appropriato.
Cosa sono i cancelli universali?
Per realizzare un processo logico specifico, le porte universali vengono create unendo due o più porte fondamentali. Le porte universali sono porte NAND e NOR.
Qual è l'output di una porta NOT quando viene applicato l'ingresso 0?
Perché NON il cancello è un inverter. Di conseguenza, se viene utilizzato 0 come input, l'output sarà 1.
Quale porta logica è conosciuta come invertitore?
Un invertitore è anche noto come porta NOT. L'output ottenuto è l'inverso dell'input.
Qual è l'espressione booleana per la porta OR?
Se A e B sono l'ingresso, l'uscita del gate OR può essere assegnata come Y=A+B.
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Qual è l'espressione booleana per la porta XNOR?
Se A e B sono l'ingresso, l'uscita del gate XNOR può essere assegnata come Y=A.B+A'B'.