XOR қуаты: эксклюзивті-немесе қақпаны декодтау

XOR (Эксклюзивті-немесе) қақпа - сандық электроникадағы негізгі құрал, тізбектерді жобалауда негізгі рөл атқарады.Бұл арнайы қақпа сияқты негізгі әрекеттерден гөрі, немесе емес.Ол қарапайым, бірақ маңызды ережені ұстанады: ол тек оның кірістерінің бірі шын болған кезде ғана шынайы шығады.Бұл оны басқа логикалық қақпалардан өзгеше етеді және күрделі сандық жүйелерде пайдалы етеді.Бұл мақала XOR қақпасы өзінің негізгі қондырғыларынан бастап, оның негізгі қондырғыларынан бастап, оның заманауи электроникадағы маңызды орнын жақсы түсінуге көмектеседі.

Каталог

XOR қақпасын түсіну

XOR (Эксклюзивті-немесе) қақпа сандық тізбектердегі басты рөл атқарады, мысалы, негізгі логикалық операциялардан, мысалы, немесе емес, негізгі логикалық операциялардан ерекшеленеді.Логикалық қосымшаны немесе қақпадан айырмашылығы, ол көбейту ретінде әрекет ететін логикалық және қақпадан айырмашылығы, XOR басқа ережені ұстанады.Ол шығады шын (1) тек оның бірінің бірі дұрыс болған кезде, бұл логикалық дизайндағы ерекше және құнды компонентке айналдырады.

2-сурет. XOR қақпасы

Схематика және логикалық диаграммаларда XOR белгілі бір символмен ұсынылған.Алайда, бұл логикалық алгебралық жеңілдетілгендей, бұл логикалық алгебралық жеңілдетілгендіктен, мысалы, дистрибьюторлық, ассоциативті және коммутациялық заңдар сияқты көптеген стандартты логикалық қасиеттер - бұл XOR операцияларына тікелей қолданылмайды.

3-сурет. Эксклюзивті немесе функциясы және және

Осыған қарамастан, XOR бұрынғыдай басқа негізгі қақпаларды қолдана отырып, әлі де айтылуы мүмкін: Ab '+ a'b.Бұл формула шартты конструкциядан гөрі көп;Оның тізбекті дизайнындағы практикалық артықшылықтары бар.Бірнеше логикалық әрекеттерді жалғыз xor қақпасымен алмастыру тізбек орналасуын жеңілдетеді, күрделілікті азайтады және тиімділікті арттырады.Бұл оңтайландыру негізінен жетілдірілген сандық жүйелерде пайдалы, мұнда қажет емес компоненттерді азайтады, онда қажетсіз компоненттерді азайту және қуат тұтынудың төмендеуіне әкеледі.

Транзисторлармен XOR қақпасын енгізу

4-сурет. Транзисторлармен XOR қақпа

Транзисторлармен XOR қақпасын салу сандық тізбектерде қажет мұқият дизайнды көрсетеді.Бұл қондырғы тізбектің барлық мүмкін енгізу комбинацияларына дұрыс жауап беретіндігін қамтамасыз етеді.Негізгі екі кіріс XOR қақпасы төрт сценарийді өңдеуге арналған бірнеше транзисторларды қажет етеді: екі кіреді, екеуі де төмен (0,0), бір кіреді, екіншісі төмен (1,0 немесе 0,1), екеуі де жоғары (1,1).Әрбір жағдай белгілі бір транзисторларды іске қосады немесе сөндіреді, ток ағынын басқарады және шығынды анықтайды.

Қашан Екі кірістер де төмен (0,0), осы кірістерге қосылған транзисторлар кез-келген ток шығаруға кедергі келтірмейді.Нәтижесінде схема ашық, ал шығыс төмен (0) қалады.Егер Бір кіріс жоғары, ал екіншісі төмен болған кезде (1,0 немесе 0,1)), белгілі бір транзистор жолы жабылып, ағымға шығуға мүмкіндік береді.Бұл активация жоғары өнім шығарады (1), оны жарықдиодты қосуға немесе басқа компонентті іске қосу үшін пайдалануға болады.Алайда, қашан Екі кірістер де жоғары (1,1), Транзисторлардың қосымша жиынтығы шығыстардан алшақтатады, оны төмен күйге (0) қайтаруға мәжбүр етеді.Бұл әрекет XOR ережесін ұстанады: шығыс әр түрлі болған кезде ғана жоғары және олар бірдей болған кезде аз болады.

Бұл транзисторға негізделген XOR қақпасы цифрлық тізбектердің қисынды екенін айқын, қолмен көрсетуді ұсынады.Кіріс жағдайлары негізінде электр желілерін бақылау арқылы схема логикалық логиканың іс-әрекеттегі негізгі қағидаларын көрсетеді.Бұл дизайн жай ғана түсінікке емес, сонымен қатар күрделі сандық жүйелерді түсінудің алғашқы тұжырымдамасы ретінде қызмет етеді.

XOR қақпасын тек Nand қақпаларын пайдаланып теңшеу

5-сурет. XOR қақпасы тек Nand қақпаларын пайдаланып

Тек Nand Gates-пен XOR қақпасын салу тізбектегі логиканың икемділігі мен түпкілікті маңыздылығын көрсетеді.Өйткені XOR әдетте көрсетіледі A'b + ab ', оны қолдану арқылы тек NAND қақпаларын қолдану арқылы қайта жазуға болады Де Морган заңдары және қосарланған теріске шығару принципі.

Процесс әр кірісті қарапайым NAND жұмысымен теріске шығарудан бастайды.Бұл A және B-ді бөліп алуды білдіреді, онда әрбір кіріс өзі жұпталған, өндіретін болады A 'және b'.Бұл теріске шығарылған мәндер содан кейін өрнек қалыптастыру үшін қосымша NAND қақпаларында қолданылады (A'.b) '.(A.b) ', ол стандартты XOR формуласына қайта қарайды, A'b + ab '.

Бұл әдіс Ұнамды қақпалар қандай-да бір логикалық функцияны, соның ішінде XOR-ны құрылымдалған кезеңдер бойынша каскадтау арқылы қалай көрсете алады.Бұл конфигурация бөлінген xor қақпасына қарағанда көбірек қақпаларды қажет етеді, ол сандық логикадағы негізгі тұжырымдаманы күшейтеді: Кептелісі жалғыз логикалық тізбекті салу үшін жеткілікті.Бұл принципті түсіну сізге күрделі операцияларды орындау үшін негізгі блоктардың қалай орналасуы мүмкін екенін көруге көмектеседі, бұл сандық тізбекті дизайндағы негізгі дағдылар.

Тек XOR қақпасын салу, тек қана және қақпалар

6-сурет. Тек XOR қақпасын тек және қақпаны салу

XOR қақпасы тек сандық тізбектегі негізгі логикалық компоненттердің бейімделуін көрсететін, тек қана және қақпа салынуы мүмкін.Бұл тәсіл бірнеше кезеңді қажет етеді, әр қадамы әр қадам, әр қадамы дұрыс XOR шығысын дұрыс қалыптастыру үшін логикалық сигналдарды мұқият қалыптастырады.

• Процесс кірісті де, қақпаға да, қақпаға да беруден бастайды, бұл олардың қосындысы болып табылады.Бұл дегеніміз, кіріс жоғары болса (1), қақпағы төмен (0) шығады.Егер екі кірістің де төмен (0) болса, шығыс жоғары (1).

• Келесі, бастапқы кірістер мен төңкерілген сома екі бөлек және қақпада қолданылады.Осы қақпалардың әрқайсысы бастапқы инверттелген сомамен бірге бастапқы кірістердің біреуін алады.Бұл аралық кезеңдер логикалық сигналдарды нақтылайды, тізбектің әртүрлі енгізу шарттарын дұрыс ажыратады.

• Соңында, осы екі аралық немесе қақпалардан шығатын нәтижелер төртінші және қақпаға беріледі.Бұл соңғы кезең біріктірілген нәтижелерді өзгертіп, XOR қорытынды нәтижесін шығарады.Қазір XOR функциясы толығымен іске асырылды, мұнда шығу жоғары (1)

Бұл немесе негізсіз XOR қақпасы тек қақпаның жалғыз түрін қолдана отырып, кешенді логикалық операцияларды құру мүмкіндігін көрсетеді.Бұл тәсілді түсіну цифрлық дизайнда құнды, себебі, сондай-ақ қақпалар немесе қақпаға ұқсас гектар - функционалды түрде аяқталған, сондықтан оларды кез-келген логикалық функцияны жасау үшін біріктіруге болады.Бұл әдіс негізінен қателерді анықтау және түзету сияқты қолданбаларда пайдалы, мұнда XOR операциялары деректердің тұтастығын тексеруде үлкен рөл атқарады.

Үш кіріс XOR қақпасы

Сурет 7. Үш енгізу XOR қақпасы

XOR қақпасына үшінші кіріс қосып, оның күрделілігін арттырады және сандық тізбектегі пайдалылығын кеңейтеді.Үш кіріс XOR қақпасы жоғары шығынды (1) шығарады (1), егер оның кірістерінің тақ саны жоғары болған кезде ғана шығарылады.Бұл ереже табиғи түрде XOR қақпаларына көбірек кіреді, оларды көп кіріс логикалық жүйелерінде құнды етеді.

Бұл қақпаның қалай жұмыс істейтінін түсіну үшін, барлық мүмкін енгізілген комбинацияларды сипаттайтын шындық кестесін қарастырыңыз.Жоғары кіріс саны тақ болған кезде (1 немесе 3), шығыс жоғары (1).Жоғары кіріс саны тіпті (0 немесе 2) болса, шығыс төмен (0) қалады.Бұл мінез-құлық үш енгізілген XOR қақпаларын паритетті тексеру және қателерді анықтауда пайдалы етеді, онда деректердің тұтастығын қамтамасыз етеді, мұнда деректер тұтастығын анықтауға байланысты.

Үш кіріс XOR қақпасы негізгі және, немесе, немесе тек NAND немесе NANES-пен немесе қақпалармен бірге немесе басқа қақпалармен салынуы мүмкін.Бұл балама енгізулер XOR қақпасының бейімделуін көрсетеді, оны негізгі логикалық компоненттерден қалай салуға болатындығын көрсетеді, оны өзектелік тілдік функцияны сақтау кезінде қалай салуға болады.Бұл икемділік қақпалар түрлерін азайту немесе арнайы аппараттық шектеулер үшін оңтайландыру қажет болатын кеңейтілген тізбектерде қолданылады.Бірнеше кірістерді тиімді басқару арқылы xor қақпасы тиімді және сенімді сандық жүйелерді құруда түпкілікті рөл атқарады.

XOR қақпасын қолданады

XOR қақпасы өзінің логикалық мінез-құлқына байланысты әртүрлі сандық қосымшаларда маңызды рөл атқарады.

Деректерді шифрлау

Оның ең маңызды қолданылуының бірі - деректерді шифрлауда, мұнда ол қол жеткізуге рұқсатсыз тараптарға қол жеткізуге қиындық туғызады.Бұл негізгі әдіс, биттік XOR шифрлау деп аталады, құпия мәліметтерді қамтамасыз ету үшін криптографиялық алгоритмдерде кеңінен қолданылады.

Сандық тізбектер

Сандық тізбектерде XOR қақпалары екі екілік мәннің бірдей екенін тексеретін салыстырғыштар үшін пайдалы.Олар сондай-ақ арифметикалық операцияларда қолданылады, онда олар есептеулерді есептеуге көмектеседі және қондырғылар мен сандарды алып жүру сигналдарын басқарады.Екілік есептеулерді тиімді өңдеу арқылы XOR қақпалары осы процестердің дәлдігі мен өнімділігін жақсартады.

Жадты сақтау және мекен-жай декодтау

Арифметикалық емес, XOR қақпаларында жад сақтау жүйелері мен мекен-жайларды декодтауларда кеңінен қолданылады, онда олар деректер ағынын және қатынасты басқаруға көмектеседі.Сондай-ақ, олар модельдеу, криптография және қауіпсіз байланыс үшін маңызды кездейсоқ санды қалыптастыруға ықпал етеді.

T флип-флоптар

Xor қақпалары T флип-флоптарында негізгі рөл атады, онда олар тәулік бойы импульстарға жауап береді.Бұл функция цифрлық жүйелерде уақытты және синхрондау үшін пайдалы, бұл сандық жүйелердің біркелкі және сенімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

XOR қақпаларының артықшылықтары мен кемшіліктері

XOR қақпаларының артықшылықтары

XOR қақпалары цифрлық тізбектерде қажет, көбінесе Қателерді анықтау және паритетті тексеру.Олар анықтауға арналған Кірістердің тақ саны жоғары (1), Деректердің тұтастығын қамтамасыз ететін жүйелердегі негізгі функция.Бұл мүлік XOR қақпаларын екеуінде де жасайды Қарапайым және кешенді логикалық операциялар, олардың есептеулерді жеңілдетуге және тізбектің тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

XOR қақпаларының тағы бір негізгі артықшылығы - бұл олардың салыстырмалы түрде аз компоненттерді қолдана отырып, күрделі логикалық функцияларды орындау мүмкіндігі.Бұл тиімділік кейбір дизайндағы қажетті логикалық қақпалардың санын азайтуға, тізбектерді көбірек ықшамдау және жалпы өнімділікті арттыруға көмектеседі.Олардың әмбебаптығы да кеңейеді Арифметикалық амалдар, шифрлау және сигналды өңдеу, қолданбалардың кең спектріндегі рөлін күшейту.

XOR қақпаларының кемшіліктері

Олардың пайдалылығына қарамастан, XOR қақпаларында кемшіліктер бар.Өйткені тізбектер дамыған сайын, Бірнеше кірістермен xor функцияларын қолдану дизайн күрделілігін арттырады.Қосымша мәліметтер қосымша қақпаларды қажет етеді, олар Жоғары қуатты тұтыну және ұзағырақ насихаттау кешігуі.Бұл факторлар сандық жүйелердің жылдамдығы мен тиімділігіне, әсіресе уақытқа ескеретін қосымшаларға теріс әсер етуі мүмкін.

Сонымен қатар, XOR қақпаларына қатты қарайтын тізбектерді жою және сақтау қиын болуы мүмкін.Кірістер саны өскен сайын логикалық құрылым күрделі бола бастайды, оны жасау қателіктерді диагностикалау және өнімділікті оңтайландыру қиынырақ.Мұқият болу керек XOR қақпаларының артықшылықтарын олардың ықтимал кемшіліктерімен теңдеңіз, сенімділікті арттыру кезінде күрделілікті азайтатын тиімді тізбек конструкцияларын қамтамасыз ету.

Қорытынды

XOR қақпасы - сигналдардың ерекше әдісімен танымал сандық тізбектегі негізгі бөлік.Деректерді шифрлау үшін қателіктерді таратудан бастап, әр түрлі тапсырмаларды орындау жақсы, бұл көптеген қосымшаларда өте маңызды етеді.Кейбір қиындықтар бар, бірақ XOR қақпаларын кешенді тізбектермен, олардың артықшылықтары, олардың артықшылықтары, қажет бөліктердің санын азайту және өнімділікті арттыру сияқты, олардың артықшылықтары анық.Сандық технология дамып келе жатқандықтан, XOR қақпасы динамикалық рөл атқарады, жүйелер жақсы жұмыс істейді және болашақта жақсартуға дайын.Бұл терең сүңгу xor қақпасы цифрлық логиканың бір бөлігін ғана емес екенін көрсетеді;Бұл біздің сандық әлемдегі мәліметтер ағынын басқаруға көмектесетін негізгі элемент.

Жиі қойылатын сұрақтар [FAQ]

1. Неліктен XOR қақпасы эксклюзивті немесе қақпаны деп атады?

XOR қақпасы «эксклюзивті немесе» деп аталады, өйткені ол TRUE немесе 1-де 1-де шығады, бірақ олар тек біреуі немесе екінші болып табылады, бірақ екеуі де емес, екеуі де.Бұл эксклюзивтілік - тек бір енгізу күйі жоғары шығыс күйіне әкеледі, ал қарапайым енгізу күйлері (шынайы немесе жалған) аз шығуды алып тастайды, ал төмен шығыс күйіне әкеледі - оны стандартты немесе қақпадан ажыратады, ол TREAT, немесе екі кіріс риза болады.

2. Эксклюзивті немесе Xor қақпасына арналған логикалық өрнек дегеніміз не?

XOR қақпасы үшін логикалық өрнек - бұл AEBB, оны (A∧¬B) ∨ (¬a∧b) кеңейуге болады.Бұл A немесе B рас болған жағдайда шығудың дұрыс екенін білдіреді, бірақ екеуі де емес.

3. XOR қақпасының көрінісі қандай?

XOR қақпасына арналған өрнек берілген логикалық өрнекке ұқсас.Оны A⋅ B + A⋅B-ны жеңілдететін A⊕B ретінде ұсынылуы мүмкін.Бұл шығыс ережені көрсетеді, онда шығыс әр түрлі болған жағдайда ғана жоғары болады.

4. XOR қағидасы қандай?

XOR қақпасының принципі екі кіріс сигналын салыстыру және нәтиже тек бір-бірінен өзгеше болған кезде ғана шығарылады.Қателерді анықтау үшін сандық тізбектердегі практикалық сценарийлерде, мысалы, XOR қақпасы сәйкессіздіктерді анықтауға көмектеседі, өйткені ол айырмашылық детектор сияқты әрекет етеді, өйткені тек кірістірмеген кезде сигнал беріледі.

5. XOR арасындағы байланыс қандай және не?

XOR және қақпалар арасындағы қарым-қатынас екілік кіріске жауап ретінде олардың шығыс мінез-құлықтарында жатыр.Егер немесе қақпа заряды шығарса да, егер кірістердің біреуі TRUE болса, XOR қақпасы шынайы шығуға қатысты бір кірісті талап етеді.XOR-ді немесе қақпаның селекторлы нұсқасын және оның негізгі қосындысының негізгі инклюзияға арналған шартты қосуы мүмкін.