Логические элементы и схемы
💻 Информатика · 7 класс
Что такое логический элемент
Логический элемент — это устройство, которое выполняет одну логическую операцию над сигналами. Сигнал принимает только два значения: 1 (есть, истина) и 0 (нет, ложь). Из таких элементов строят все вычислительные схемы компьютера, поэтому логические элементы называют «кирпичиками» процессора.
Три основных элемента соответствуют логическим операциям И, ИЛИ, НЕ. Зная их работу, можно понять, как компьютер выполняет вычисления на самом нижнем уровне.
Три базовых элемента
| Элемент | Операция | Когда на выходе 1 |
|---|---|---|
| И | конъюнкция | когда все входы равны 1 |
| ИЛИ | дизъюнкция | когда хотя бы один вход равен 1 |
| НЕ | отрицание | когда вход равен 0 |
Элементы И и ИЛИ обычно имеют два входа и один выход, а элемент НЕ — один вход и один выход. Из этих простых элементов и собираются сложные схемы.
Таблицы истинности
Каждый элемент описывается таблицей истинности — она показывает выход для всех возможных значений входов. Для элемента И таблица выглядит так:
0 И 0 = 0
0 И 1 = 0
1 И 0 = 0
1 И 1 = 1
Видно, что единица на выходе появляется только тогда, когда оба входа равны единице. Элемент НЕ имеет один вход и просто меняет значение на противоположное: НЕ 0 = 1, НЕ 1 = 0. Элемент ИЛИ, наоборот, даёт единицу, если хотя бы один вход равен единице.
Из элементов строят схемы
Соединяя элементы, получают логические схемы, которые вычисляют сложные выражения. Выход одного элемента подаётся на вход другого:
А -> [И] -> [НЕ] -> результат
Б -> /
Сначала входы А и Б проходят через элемент И, затем полученный результат — через элемент НЕ. Так схема вычисляет выражение «НЕ (А И Б)». Подобным образом, соединяя элементы по-разному, строят схемы для любых логических выражений.
Правило. Любую логическую функцию можно собрать из элементов И, ИЛИ, НЕ. Именно на таких схемах построены процессор и память компьютера, поэтому изучение логических элементов помогает понять устройство вычислительной техники.
Зачем это нужно
- логические элементы — основа работы процессора;
- из них собирают схемы сложения и сравнения чисел;
- таблица истинности позволяет проверить, что схема работает верно.
Так абстрактная логика высказываний превращается в реальные электронные схемы, которые выполняют вычисления внутри компьютера. Из множества таких простых элементов собирают узлы, способные складывать числа, сравнивать их и хранить данные, а из узлов — целый процессор. Поэтому, разобравшись с тремя базовыми элементами, можно понять основу работы любой вычислительной техники.
Кратко о главном
- Логический элемент выполняет одну операцию над сигналами 0 и 1.
- Базовые элементы — И, ИЛИ, НЕ.
- Поведение элемента задаёт таблица истинности.
- Из элементов строят схемы, вычисляющие сложные выражения.
- На логических схемах работают процессор и память компьютера.