GATE CS 2019 - 第53章 - 门

在计算机工程中，一个"门"表示一个基本的逻辑电路，其输入为电信号，输出为一个或多个电信号。经常出现的逻辑运算有：与、或、非、与非、或非等。本章节将讨论门的类型和实现。

常见门类型

与门（AND gate）

这种门将两个或两个以上的输入信号连接起来，并且在所有输入信号都为1时输出1。否则，输出0。

| 输入A | 输入B | 输出Q |
| :---: | :---: | :---: |
|   0   |   0   |   0   |
|   0   |   1   |   0   |
|   1   |   0   |   0   |
|   1   |   1   |   1   |

或门（OR gate）

这种门也将两个或多个输入信号连接起来，并且在所有输入信号都为0时输出0。否则，输出1。

| 输入A | 输入B | 输出Q |
| :---: | :---: | :---: |
|   0   |   0   |   0   |
|   0   |   1   |   1   |
|   1   |   0   |   1   |
|   1   |   1   |   1   |

非门（NOT gate）

这种门只有一个输入信号，并且在输入为0时输出1。反之，输出0。

| 输入A | 输出Q |
| :---: | :---: |
|   0   |   1   |
|   1   |   0   |

与非门（NAND gate）

这种门将两个或多个输入信号连接起来，并在所有输入信号都为1时输出0。否则，输出1。

| 输入A | 输入B | 输出Q |
| :---: | :---: | :---: |
|   0   |   0   |   1   |
|   0   |   1   |   1   |
|   1   |   0   |   1   |
|   1   |   1   |   0   |

或非门（NOR gate）

这种门将两个或多个输入信号连接起来，并且在所有输入信号都为0时输出1。否则，输出0。

| 输入A | 输入B | 输出Q |
| :---: | :---: | :---: |
|   0   |   0   |   1   |
|   0   |   1   |   0   |
|   1   |   0   |   0   |
|   1   |   1   |   0   |

门的实现

在数字电路中，门可以通过电气元器件，例如晶体管，二极管，集成电路等来实现。

与门的实现

一个两输入与门的实现可以使用两个晶体管和两个电阻器来完成。

       ___
A ---|   \ ___
     | &/    \
B ---|________\_______
               |
               |
              OUT

或门的实现

一个两输入或门的实现可以使用两个二极管和一个电阻器来完成。

A  ---|>|---------------
          |
 B ---|>|-|>------------
          |
         R|
          |
        OUT

非门的实现

一个非门可以通过单个晶体管和电阻器实现。

   _______
A ---|     \
     | NOT |
     |_____|
      |
     OUT

特别说明

以上给出的门的实现只是示例，可能与实际电路不尽相同，但其基本原理是相同的。在现代数字电路中，门通常是计算机芯片或其他集成电路中的一个基本组件。它们被制造成小型的铁电膜晶体管（FET）或金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）或其他类型的晶体管。通常通过布线的方式将这些门组合成可执行更复杂的运算的电路板或芯片。