门(GATE-CS-2007) | 第45章

本章介绍计算机体系结构中的电子逻辑门，包括它们的逻辑功能、结构、布尔代数和延迟等方面。

逻辑门

逻辑门由一个或多个输入和一个输出组成。用于描述逻辑电路的符号表示逻辑门的函数。

在计算机的数字电路中，以下是常见的逻辑门类型：

与门（AND Gate）

与门具有两个或多个输入，仅当所有输入都为1时，输出才为1。

AND门的符号表示为：

    ___
A-B|   |
   |AND|C
    ---

或门（OR Gate）

与门具有两个或多个输入，仅当任何一个输入为1时，输出为1。

OR门的符号表示为：

    ___
A-B|   |
   |OR |C
    ---

非门（NOT Gate）

非门仅有一个输入，其输出与输入相反。

NOT门的符号表示为：

     _
A|NOT|
   |   |B
   |___|

与非门（NAND Gate）

与非门是两个逻辑操作符的组合：一个AND和一个NOT操作。与门的输出经过一个NOT操作，输出为反向结果。

NAND门的符号表示为：

     ___
A-B|   |
   |NAND|C
    ---

或非门（NOR Gate）

或非门是两个逻辑操作符的组合：一个OR和一个NOT操作。或门的输出经过一个NOT操作，输出为反向结果。

NOR门的符号表示为：

     ___
A-B|   |
   |NOR|C
    ---

异或门（XOR Gate）

异或门有两个输入，仅当输入不同（一个为1，一个为0）时，输出为1。

XOR门的符号表示为：

    ___
A-B|   |
   |XOR|C
    ---

同或门（XNOR Gate）

同或门是两个逻辑操作符的组合：一个XOR和一个NOT操作。异或门的输出经过一个NOT操作，输出为反向结果。

XNOR门的符号表示为：

     ___
A-B|   |
   |XNOR|C
    ----

布尔代数

布尔代数是以0和1表达逻辑和二进制算术的数学表示法。在计算机领域中，布尔代数使用逻辑运算符和门电路描述计算机系统的行为。

以下是布尔代数中的运算符：

• 逻辑非（NOT）- 表示反转输入的输出。在布尔代数中，表示为“ ¬ ”或“ ! ”。
• 逻辑与（AND）- 表示所有输入都是1时的输出。在布尔代数中，表示为“ ∧ ”或“ & ”。
• 逻辑或（OR）- 表示任何输入为1时的输出。在布尔代数中，表示为“ ∨ ”或“ | ”。

延迟

逻辑门在传输信号时会产生延迟。这是由于其内部元件的传输速度和其它电路的基本电容和电感产生的。这个延迟影响逻辑门之间的时序和同步，是在计算机体系结构中必须考虑的一个重要问题。

结论

本章简要介绍了计算机体系结构中的逻辑门，包括它们的逻辑功能、结构、布尔代数和延迟等方面。在设计和实现数字电路和计算机系统时，逻辑门是至关重要的建设模块。