Digital ElectronicZ: основы

Спецвыпуск Xakep, номер #012, стр. 012-026-1

Плод твоего больного воображения aka Mr. False(mr_false@xakep.ru)

Здравствуй опять, овощ хрустящий =)! Я надеюсь, ты уже прочитал большую часть спеца, и успел заценить всяческие девайсы. "Да-а-ааа..., - скажешь ты, - Девайсы, - это круто!" Но ты не задавался мыслью, как же это угрюмое нагромождение микросхем может правильно работать? Да, умные дядьки-инженеры постарались на славу! Впрочем, обо всем по порядку.

Дела давно минувших дней.

Собрались однажды оные челы пивка попить. И, видимо, после очередного контейнера их потянуло на умные мысли. Подумали они, подумали, и удумали следующую фичу: а что, если мы возьмем, да и определим некое пороговое напряжение? Где? Неважно! На контакте. Ну вот: и будем считать, если на этом самом контакте уровень напряжения выше порогового, то пусть сигнал эквивалентен логической единице, а если ниже - то логическому нолю. Мысль им эта понравилась, и они решили взяться за нее всерьез. И, веришь ли, придумали столько разных фич... Это направление в схемотехнике получило название "Цифровое" - оно фактически оперирует не с сигналами, а с цифрами, представленными ими, следуя некой логике, о которой я тебе расскажу. Но прежде чем ты прочтешь все нижеследующее, хочу чтоб ты знал: ВСЕ на свете компьютеры - абсолютно все - работают именно на основе тех логик, о которых я расскажу.

Железная логика

Обработка сигналов идет в так называемых логических элементах, кои являются фундаментом всей цифровой электроники. На них построено практически ВСЕ! И твой любимый Атлон тоже! Вся фишка этих элементов в том, что логика их работы предельно проста. Как 2*2<=31337. У всех элементов есть входы и выходы. Ты подаешь входные данные, а они тебе возвращают результат после логических операций. Составление цифровых схем - это, получается, своеобразный кодинг, только паяльником. Обычно все цифровые элементы (в т.ч. и логические) пихают в микросхемы: так они работают быстрее и надежнее. Но - обо всем по порядку.

Логическое "И"

На схемах изображается как прямоугольник со значком "&" внутри. Контакты обозначаются, как у всех элементов, входы - слева, выход - справа. Так принято. Выполняют функцию логического "И" от входных сигналов. Это значит, что каждой паре сигналов входов соответствует какой-то сигнал выхода. Такое сопоставление входных и выходных принято записывать в так называемую таблицу истинности, которая небрежно намалевана мною на имаге =). Для элемента "и" можно записать, что выходной сигнал равен единице только в случае, когда на всех входах единица. Ноль - в любом противном случае.

Кстати, входов не обязательно должно быть именно два, их бывает различное количество. В таких случаях, когда надо обозначить число входов, например, элемента "И", делается такая запись: "Элемент nИ", где n - число входовых контактов (Например: "Элемент 4И"). Если число входов явно не указано, то принято считать, что их кастрировали до двух. Пример микросхемы с элементами: К155ЛИ1. Да, и еще: обычно в микросхеме находится несколько логических элементов - например, пресловутая ЛИ1 содержит 4 элемента И. Применяется элемент, в основном, в схемах умножения (это, к сожалению, не влезет в статью). Видно явное сходство: если хотя бы один множитель = 0, то и произведение = 0.