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关于门电路详细解析

之前,我引入过一个技术问题:

有2个设备A、B,A有外部按钮,通过网络连接可交互数据,B有小显示屏。

实现此类程序的两个设备:A按键盘上的按钮,B显示屏显示按键值。

请问:从A按键的那一刻起,到B显示屏看到按键值,按键值这个数据是如何从A按键传输到B显示屏的?

然后回答这个问题。

在文章《半导体与》中MOS《管》讲述了计算机世界的物质基础、半导体的物理原理和三极管的引导原理,最后讲述了使用MOS管的「通」与「断」制造两种状态的芯片

那怎么用呢?MOS管的「通」与「断」点亮一盏小黄灯呢?

让我们先了解一下人类是如何在大脑中点灯的。

逻辑

一种非常重要的思维形式一种非常重要的思维形式:推理。

也就是说,把事物分成不同的集合,通过一定的判断,找出集合之间的关系,形成结论。

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下面的推理是真的吗?我们用集合关系来证明。

首先,第一句。

所有关注「科岩成果」人组成一个集合A,世界各地的人才聚集在一起B。

A与B的交集表示成

A x B = A

上面的公式意味着关注「科岩成果」人与世界人才的交集是关注「科岩成果」的人。

然后,第二句。

花不脱也是一个集合H,这个集合只有一个成员。

H x A = H

这个公式说花不脱和关注「科岩成果」人的交集,就是花不脱。

用代入法将第一个公式代入第二个公式:

H x A = H x(A x B)

利用交换律修改顺序:

H x(A x B)

=(H x A)x B

= H x B

= H

这个公式说,花不脱与世界人才的交集,就是花不脱,也就是花不脱也属于世界人才。

在推理过程中要遵循一定的思维规则,思维规则是指逻辑,很明显,我们刚刚证明它是合乎逻辑的,「花不脱是人才」这个推理就是真理。

一个推理是真理,用1代表布尔代数,用0代表不是真理,也就是说,1和0不代表数字大小,而是代表「真」「假」。

人类世界有人类世界的逻辑,计算机世界也有计算机的逻辑。

门电路实现了计算机中的逻辑。

先回味一下逻辑「与或非」意思:

?和:所有条件都是真的,结论是真的;只要一个条件是假的,结论就是假的

?或者:只要有一个条件是真的,结论就是真的;如果所有条件都是假的,结论就是假的

?非:条件是真的,结论是假的;条件是假的,结论是真的

若将小灯泡的亮度视为「真」,灭看做「假」,这三种逻辑关系可以用小灯泡电路来解释。

「与」逻辑实际上是一个串联电路。当两个开关同时关闭时,灯泡会亮起,只有一个关闭,灯泡不会亮起:

「或」逻辑是并联电路,只要开关关闭,灯泡就可以点亮:

「非」逻辑取反,开关关闭时灯泡不亮,开启时亮:

这些电路都需要物理开关来控制,孩子们会,让我们玩一点先进。

还记得上一篇文章中提到的二极管的单向导电性吗?正向电源连接可用作通道,否则可用作断路。

我们利用二极管的性质来实现和逻辑。

按上述电路连接后,如果A点连接3.3V,B点也接3.3V,则D1与D两侧均为高电平。均可作为断路状态,此时Y点为高电平,小灯泡被点亮。

A或者只要B有一个点连接到低电平,对应的二极管就会处于导通状态,Y点是低电平,小灯泡熄灭。

这是二极管的逻辑和电路,我们给它起了学名「与门」。

一般来说,我们不需要在电路图中表示上述结构和门,因为它更复杂,但会使用以下简化符号,可以将简化符号视为上述电路图的包装。

如果把3.3V看做「真」,用逻辑1表示,0V看做「假」用逻辑0表示,然后A、B与Y的关系可以用以下表格表示,称为「真值表」。

让我们再搭一个非门出来。

还记得上一篇文章「一沙一世界」之半导体与MOS管 的MOS管么。

?P-MOS,D接低电平,S接高电平;G极低电平时DS高电平断开可用于控制与电源之间的通断

?N-MOS,D接高电平,S接低电平;G极高电平时DS低电平断开可用于控制与地面之间的通断

非门我们就再高级一点,用MOS管实现。

如上图所示,一个P-MOS管的D极和一个N-MOS管D极连在一起,G极也相互连接,形成非门电路。

?当A点为低电平时,P型管导通,N型管截止,输出端Y为高电平;

?当A点为高电平时,N型管导通,P型管截止,输出端Y为低电平。

A与Y的关系正好相反,如下表所示:

两种类型MOS管道组合形成的互补门电路称为CMOS门电路(互补金属氧化物半导体,Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)。

门电路也可以用三极管形成,称为TTL门电路(晶体管-晶体管逻辑,Transistor-Transistor Logic)。

与TTL与门电路相比,CMOS门电路具有功耗低、尺寸小、成本低的优点。

目前TTL门电路主要用于教学或制作相对简单的数字电路,我们使用计算机处理器、手机处理器和各种单片机CMOS基于门电路的制造。

常用的门电路还有很多,就不细说了。张贴基本门电路图:

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我们现在可以用门电路进行简单的逻辑处理。

我隐约觉得门电路是计算机世界中物质和逻辑的边界。

编辑:lyn

标签: 互补晶体管二极管逻辑电路

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