门 | GATE CS 2019 |简体中文第41章

在计算机科学中，门表示在两个或多个输入上的布尔运算，以产生一个输出。这个输出结果也是一个布尔值。门的种类不限于逻辑门。在计算机系统中，门具有非常重要的作用，有助于计算和控制流的实现。

基本门

与门(AND Gate)

与门，也叫逻辑与门，在计算机系统中，其作用为当两个输入都为1时，输出才会为1。否则，输出将会为0。

AND门的符号类似于一个拥有两个输入端和一个输出端的“乘”符号：

     ___
A ___|   |___ Y
   | AND |  
B _|_   _|_

AND门的真值表如下所示：

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

或门(OR Gate)

或门，也叫逻辑或门，在计算机系统中，其作用为只要有一个输入为1，输出就会是1。只有当两个输入都为0时，输出会是0。

OR门的符号类似于一个拥有两个输入端和一个输出端的“加”符号：

     ___
A ___|   |___ Y
   | OR  |  
B _|_   _|_

OR门的真值表如下所示：

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

非门(NOT Gate)

非门，也叫逻辑非门，在计算机系统中，其作用为将输入反转为相反的输出。

NOT门的符号类似于一个只有一个输入端和一个输出端的反转符号：

     ___
A ___|   |___ Y
   | NOT |  
   |__   __|
      |

NOT门的真值表如下所示：

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

组合逻辑电路

组合逻辑电路是指由上述三种基本逻辑门构成的电路。在这种电路中，组合逻辑电路的输出取决于门的布尔逻辑函数和输入。

组合逻辑电路的符号类似于下面这个例子。在这个例子中，A、B和C是电路的3个输入，而D是电路的输出。

     ___     ___
A ___|   |___|   |___ D
   |   AND   OR  |  
B _|_   _|_  _|_   _|_
       |     |
      _|_   _|_
     |   NOT   |
C ___|   |_____|
       |

组合逻辑电路的真值表是通过将门的真值表组合而成的。

序列逻辑电路

序列逻辑电路是指用于存储数据或实现时序逻辑的电路。一个典型的例子是 D 触发器(D flip-flop)，它是由几个普通的门加上外部电压控制器构成的电路。

D触发器的符号类似于下面这个例子。在这个例子中，D是输入，Q是输出，而CLK是控制器的输入。

          ___
D _______|   |_______ Q
        | DFF |
CLK ___|___   ___|
           |

D触发器的真值表如下所示：

| CLK | D | Q | |:-:|:-:|:-:| | 0 | X | Q(t) | | 1 | 0 | 0 | | 1 | 1 | 1 |

总结

门在计算机科学中有着非常重要的作用。其中，基本门包括与门、或门和非门。组合逻辑电路是由上述三种基本逻辑门构成的电路，而序列逻辑电路是用于存储数据或实现时序逻辑的电路。掌握这些基础的概念可以帮助程序员更好地理解计算机的内部工作原理。