门 | GATE CS 2020 | 第33章

本章包括计算机科学门和电子学门的基本电路和逻辑。门是计算机和电子学领域的基本构建块。门由一个或多个输入，产生一个或多个输出。门的类型包括逻辑门、存储器单元、选择器等。本章将介绍几种基本的逻辑门，包括与门、或门、非门、异或门、与非门和或非门。此外，本章还将介绍基于门的组合逻辑电路和时序电路。

逻辑门

与门

与门是一个具有两个或多个输入和一个输出的逻辑门。 只有在所有输入都为1时才会输出1，在任何一个输入为0时，输出都为0。

Schematic:

     +------+
A ---|      |
     | AND  |--- Y
B ---|      |
     +------+

Truth table:

| A | B | Y | |---|---|---| | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 0 | | 1 | 0 | 0 | | 1 | 1 | 1 |

或门

或门是一个具有两个或多个输入和一个输出的逻辑门。 只要任何一个输入为1，输出就为1，否则输出为0。

Schematic:

     +------+
A ---|      |
     | OR   |--- Y
B ---|      |
     +------+

Truth table:

| A | B | Y | |---|---|---| | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 1 | | 1 | 1 | 1 |

非门

非门是一个具有一个输入和一个输出的逻辑门。当输入为1时，输出为0；当输入为0时，输出为1。

Schematic:

     +------+
A ---|      |
     | NOT  |--- Y
     |      |
     +------+

Truth table:

| A | Y | |---|---| | 0 | 1 | | 1 | 0 |

异或门

异或门是一个具有两个或多个输入和一个输出的逻辑门。当只有一个输入为1时，输出为1，否则输出为0。

Schematic:

     +------+
A ---|      |
     | XOR  |--- Y
B ---|      |
     +------+

Truth table:

| A | B | Y | |---|---|---| | 0 | 0 | 0 | | 0 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 1 | | 1 | 1 | 0 |

与非门

与非门是一个具有两个或多个输入和一个输出的逻辑门。当所有的输入都是1时，输出为0，否则输出为1。

Schematic:

      +-------+
A  ---|       |
      | NAND  |--- Y
B  ---|       |
      +-------+

Truth table:

| A | B | Y | |---|---|---| | 0 | 0 | 1 | | 0 | 1 | 1 | | 1 | 0 | 1 | | 1 | 1 | 0 |

或非门

或非门是一个具有两个或多个输入和一个输出的逻辑门。当所有的输入都是0时，输出为1，否则输出为0。

Schematic:

      +-------+
A  ---|       |
      | NOR   |--- Y
B  ---|       |
      +-------+

Truth table:

| A | B | Y | |---|---|---| | 0 | 0 | 1 | | 0 | 1 | 0 | | 1 | 0 | 0 | | 1 | 1 | 0 |

组合逻辑电路

组合逻辑电路是一种通过在输入上施加逻辑运算来产生输出的电路。它们不包括存储元件，所以输出仅取决于输入。组合电路可以由若干个逻辑门组成。

下面是一个组合逻辑电路的示例，其中包括两个与门和一个非门。

      +------+     +------+
A  ---|      |     |      |
      | AND  |-----|      |
B  ---|      |     | NOT  |--- Y
      +------+     |      |
                   +------+

表达式： Y = (A AND B) NAND 1

以上示例逻辑电路描述了以下逻辑：

1. 输入A和B并入两个与门中。
2. 将输出从两个与门通过非门。
3. 输出Y是异或两个输入A和B的结果。

时序逻辑电路

时序逻辑电路是一种电路，其输出取决于过去的输入。 时序逻辑电路可以包含存储元件，如触发器和寄存器。它们可以使用时钟信号或其他时序信号来同步操作。因此，它们可以实现更复杂的功能，并使用更少的门。

下面是一个时序逻辑电路的示例，其中包括一个触发器和一个与门。

      +--------+     +------+
Clk ---|        |     |      |
      |        |-----| AND  |--- Y
D   ---| D Flip |     |      |
      |        |     +------+
Q   ---|        |
      +--------+

表达式： Y = Clk AND Q

以上示例逻辑电路描述了以下逻辑：

1. 输入D和时钟信号Clk输入到D触发器中。
2. 将D触发器的输出Q作为输入到与门。
3. 输出Y是时钟信号与D触发器的输出Q的结果，当时钟信号为1时输出为Q的值。

总的来说，本章讲述了逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路。这是计算机和电子学领域的基本概念，理解这些概念将帮助你更好地理解其他高级主题。