邏輯門

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電子工程上一個代表與門嘅符號
一個用電晶體嘅與門嘅電路圖解
一個集成電路;個電路內置多道邏輯門,可以做複雜嘅運算。

邏輯門粵拼lo4 cap1 mun4英文logic gate)係廿世紀電子工程上最重要嘅電子元件之一。一個邏輯門係一個布林(Boolean)函數嘅實現[註 1]:一個邏輯門會攞一個或者多個二元(binary)嘅輸入-每個輸入得兩個可能數值,1 同 0;然後個邏輯門會按某啲特定嘅法則,俾一個同樣係二元嘅輸出[1]。簡單嘅例子有與門(AND gate),一個與門會攞兩個二元輸入,按邏輯與(logical AND)嘅法則計個輸出-如果兩個輸入嘅數值都係 1,輸出就會係 1,否則輸出就會係 0。除咗與門,邏輯門仲有或門(OR gate)同非門(NOT gate)等多個款,每款都做某種特定嘅邏輯運算[2][3]

一個邏輯門嘅輸入輸出關係可以用真值表(truth table)嚟表達。以下係與門嘅真值表(if 輸入 A 係 1 AND 輸入 B 係 1,個輸出先會係 1)[4]

輸入 輸出
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

邏輯門有多個物理方法實現。例如係一個用電晶體(transistor)實現嘅與門:電晶體係一種半導體零件(semi-conductor device),可以做到用電控制電嘅效果-一個電晶體可以有三個或者以上嘅終端分別駁住電路,而其中一個終端受嘅電壓或者電流會控制第啲終端過唔過到電[5];想像附圖嗰個電路圖解,A 同 B 分別通過一個電晶體駁住 V 同 out 之間條電路,每粒電晶體各有三個終端,喺受到 A 或者 B 嚟嘅電嗰陣先至會容許另外嗰兩個終端過電;於是,一定要當 A 同 B 都有電過嗰陣(1 同 1),V 同 out 之間先會過到電,令 out 俾出「有電」(1)嘅輸出-呢個電路係與門概念嘅一個物理呈現[6]

與門同或門等嘅基本邏輯門做嘅係最簡單嗰啲運算,而呢啲基本邏輯門可以砌埋一齊,做更複雜嘅數學運算。事實係,憑住唔同類嘅邏輯門,電子工程師能夠砌出曉做加法、做減法、同多種其他運算嘅集成電路(integrated circuit)。一部數碼電腦(digital computer)就係用咗大量嘅呢啲電路組成嘅超級運算機械-邏輯門係現代電腦嘅基本組成部件之一,而廿一世紀初一塊普通嘅 CPU 上面閒閒地可以有數量斷億計嘅邏輯門[7][8]

註釋[編輯]

  1. 即係「implementation of a Boolean function」。

睇埋[編輯]

參考文獻[編輯]

  • Awschalom, D.D.; Loss, D.; Samarth, N. (5 August 2002). Semiconductor Spintronics and Quantum Computation. Berlin, Germany: Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-42176-4.
  • Bostock, Geoff (1988). Programmable logic devices: technology and applications. New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-006611-3.
  • Brown, Stephen D.; Francis, Robert J.; Rose, Jonathan; Vranesic, Zvonko G. (1992). Field Programmable Gate Arrays. Boston, MA: Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-7923-9248-4.

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  1. Jaeger, Microelectronic Circuit Design, McGraw-Hill 1997, ISBN 0-07-032482-4, pp. 226–233.
  2. Uchiyama, S., Kawai, N., de Silva, A. P., & Iwai, K. (2004). Fluorescent polymeric AND logic gate with temperature and pH as inputs. Journal of the American Chemical Society, 126(10), 3032-3033.
  3. Deschamps, J. P., Valderrama, E., & Terés, L. (2016). Digital systems: From logic gates to processors. Springer.
  4. Lai, Hung Chi; Muroga, Saburo (September 1979). "Minimum Binary Parallel Adders with NOR (NAND) Gates". IEEE Transactions on Computers. IEEE. C-28 (9): 648–659.
  5. Amos SW & James MR (1999). Principles of Transistor Circuits. Butterworth-Heinemann.
  6. Transistor Circuit Analysis - Theory and Solutions to 235 Problems; 2nd Ed; Alfred Gronner; Simon and Schuster; 244 pages; 1970.
  7. Allan R. Hambley. Electrical Engineering, pp. 3, 441, Prentice Hall, 2004.
  8. Anthony J. Pansini, Electrical Distribution Engineering, p. xiv, The Fairmont Press Inc., 2006.

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