三種基本邏輯運(yùn)算介紹

模擬電路可以利用三極管的導(dǎo)通 / 截止實(shí)現(xiàn)數(shù)字狀態(tài)的切換，從而實(shí)現(xiàn)0和1的邏輯運(yùn)算。

邏輯運(yùn)算常用的有3種：與、或、非，它們都是1個(gè)二進(jìn)制位的位運(yùn)算。

在位運(yùn)算的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算。

位運(yùn)算的特點(diǎn)是，多個(gè)位之間是無(wú)關(guān)的。

加減運(yùn)算有進(jìn)位和借位，多個(gè)位之間是相關(guān)的。

這里簡(jiǎn)單的給一下它們的電路：

1，與門，

電路，與門

1個(gè)電阻和2個(gè)二極管組成的與門，如上圖。

2個(gè)二極管只要有1個(gè)導(dǎo)通(低電位0)，輸出電位就是0.7v，為低電位0。

0 & 1 == 1 & 0 == 0.

2個(gè)二極管都截止時(shí)(高電位1)，輸出等于電源電壓，為高電位1。

1 & 1 == 1.

2，或門，

或門正好反過(guò)來(lái)，二極管接近電源正極，電阻接近電源負(fù)極。

電路，或門

2個(gè)二極管里只要有一個(gè)導(dǎo)通(高電位1)，輸出端就是高電位1。

1 | 0 == 0 | 1 == 1.

2個(gè)二極管都截止時(shí)，輸出端是低電位0。

0 | 0 == 0.

二極管接到電源正極上就會(huì)導(dǎo)通，接到負(fù)極上就會(huì)截止。

3，非門，

非門，利用的是三極管的反相放大器。

當(dāng)b極為高電位1時(shí)，三極管導(dǎo)通，電源電壓大部分加在上拉電阻上，輸出為低電位0。

反之，輸出為高電位1。

電路，非門

位運(yùn)算的電路都是很簡(jiǎn)單的，因?yàn)槎鄠€(gè)位之間不相關(guān)。

只要把多個(gè)電路并聯(lián)起來(lái)，每個(gè)處理1個(gè)二進(jìn)制位，就可以實(shí)現(xiàn)32位的運(yùn)算。

4，加法，

加法因?yàn)橛羞M(jìn)位，比單純的位運(yùn)算要復(fù)雜一點(diǎn)。

0 + 0 = 0，

1 + 0 = 1，

0 + 1 = 1，

1 + 1 = 10，

二進(jìn)制加法的前3種情況就是或運(yùn)算，所以1個(gè)或門就可以處理前3種情況。

復(fù)雜的是1+1 = 10的情況，要處理進(jìn)位：個(gè)位要變成0，十位要進(jìn)位1。

主要說(shuō)說(shuō)這種情況：

下圖是我隨手畫的二進(jìn)制加法的電路

電路，加法

藍(lán)色的電阻和2個(gè)向右的二極管組成或門，處理前3種情況：

0 + 0時(shí)，個(gè)位輸出和三極管的b極都是0，結(jié)果為0;

0 + 1 == 1 + 0時(shí)，個(gè)位輸出為1，三極管的b極為0，結(jié)果為1。

最后一種情況，1 + 1 == 10 時(shí)：

紅色的電阻和2個(gè)向左的二極管組成與門，當(dāng)2個(gè)加數(shù)都是1時(shí)，三極管的b極為高電位1，

這時(shí)三極管導(dǎo)通，三極管的c極為低電位0;

或門的輸出為1，電流將沿著圖中箭頭的流向，經(jīng)過(guò)三極管的c-e極流入電源負(fù)極，

個(gè)位輸出與三極管的c極電壓一樣，為低電位0;

十位輸出與三極管的b極電壓一樣，為高電位1。

這樣就實(shí)現(xiàn)了1個(gè)二進(jìn)制位的加法運(yùn)算：1 + 1 = 10.

如果有多個(gè)二進(jìn)制位，就把上圖的電路并聯(lián)起來(lái)，同時(shí)把(十位的)進(jìn)位輸出轉(zhuǎn)到下一級(jí)的輸入，繼續(xù)更高位的運(yùn)算。

位數(shù)越高電路越復(fù)雜，因?yàn)榧臃ǖ母鱾€(gè)位之間是可以進(jìn)位的。

所以，在數(shù)字電路層面不適合處理復(fù)雜的邏輯，因?yàn)閮H僅是加減乘除的實(shí)現(xiàn)就已經(jīng)很復(fù)雜了。

所以，計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)必然是分層的：

1)數(shù)字電路僅僅實(shí)現(xiàn)匯編代碼級(jí)的邏輯，

2)更復(fù)雜的程序邏輯，放在C語(yǔ)言層面，

3)最復(fù)雜的邏輯，放在高級(jí)語(yǔ)言層面，畢竟C語(yǔ)言是個(gè)掛著高級(jí)語(yǔ)言的名頭的大號(hào)匯編如果不做分層設(shè)計(jì)，電子工程師要考慮的情況就太多了，需求的耦合度太大!

一旦耦合度大了之后，工程師們就會(huì)考慮分層分模塊的設(shè)計(jì)。

編譯器被分為詞法、語(yǔ)法、語(yǔ)義、中間代碼、機(jī)器碼、目標(biāo)文件生成、連接器，也是因?yàn)椴贿@么劃分的話?cǎi)詈隙忍罅恕?/p>

匯編代碼難寫，是因?yàn)樗^(guò)于底層，與人類平時(shí)的思維方式差別很大。

但從數(shù)字電路的角度來(lái)看，匯編代碼已經(jīng)很上層了。