邏輯門

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一道用電晶體嘅與門電路圖解
一個集成電路;個電路內置好多道邏輯門,可以做複雜嘅運算。

邏輯門粵拼lo4 cap1 mun4英文logic gate)係廿一世紀初電子工程上最重要嘅電子元件之一。一道邏輯門定義上係指「一個布林(Boolean)函數嘅實現」[註 1]:一道邏輯門會攞一個或者多個二元(binary)嘅輸入-即係每個輸入得嗰兩個可能數值 1 同 0;然後道邏輯門會按某啲特定嘅法則,俾一個同樣係二元(1 或者 0)嘅輸出[1]

舉個簡單例子,與門(AND gate)係最常用嘅邏輯門之一。一道與門會攞兩個二元輸入,按邏輯與(logical AND)嘅法則計個輸出出嚟-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。用真值表(truth table)嚟表達嘅話,與門係噉(if 輸入 A 係 1 AND 輸入 B 係 1,個輸出先會係 1)[2]

輸入 輸出
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

想像一道用電晶體(transistor)實現嘅與門:電晶體係一種半導體零件,可以做到用控制電嘅效果-一粒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[3];想像附圖嗰幅電路圖解, 分別通過一粒電晶體駁住 之間條電路,每粒電晶體各有三個終端,喺受到 或者 嚟嘅電嗰陣先會容許另外嗰兩個終端過電;於是,一定要當 都有電過嗰陣(兩個都係 1), 之間先會過到電,令 俾出「有電」(1)嘅輸出-呢個電路係與門概念嘅一個物理呈現[4]

一部數碼電腦就係用咗大量呢啲電路組成嘅超級運算機械-喺廿一世紀初,一塊普通嘅 CPU 上面閒閒地可以有數量斷億計嘅邏輯門,令到一部電腦能夠係噉對一串以二進制表達嘅數字嚟進行運算[5][6]

基礎[編輯]

內文:邏輯代數真值表、 同 電路

物理實現[編輯]

睇埋:電子工程同埋電腦

分類[編輯]

除咗與門之外,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[7][8]

集成電路[編輯]

內文:集成電路

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)。

通用邏輯門[編輯]

三態邏輯門[編輯]

第啲物理實現[編輯]

睇埋:量子電腦同埋生物電腦

簡史[編輯]

註釋[編輯]

  1. 原文:「Implementation of a Boolean function」。

睇埋[編輯]

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, G. (1988). Programmable logic devices: technology and applications. New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-006611-3.
  • Brown, S. D.; Francis, R. J.; Rose, J.; Vranesic, Z. 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. 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.
  3. Amos S.W. & James M.R. (1999). Principles of Transistor Circuits. Butterworth-Heinemann.
  4. Transistor Circuit Analysis - Theory and Solutions to 235 Problems; 2nd Ed; Alfred Gronner; Simon and Schuster; 244 pages; 1970.
  5. Allan R. Hambley. Electrical Engineering, pp. 3, 441, Prentice Hall, 2004.
  6. Anthony J. Pansini, Electrical Distribution Engineering, p. xiv, The Fairmont Press Inc., 2006.
  7. 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.
  8. Deschamps, J. P., Valderrama, E., & Terés, L. (2016). Digital systems: From logic gates to processors. Springer.

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