ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ ЦВМ
— техническое устройство для реализации элементарной логической функции, имеющее внешние выводы для приема и выдачи сигналов, соответствующих аргументам и значению функции. Информационными сигналами современных Л. э. ЦВМ в основном служат дискретные значения напряжения, тока и т. п. Такие Л-э. ЦВМ наз. дискретными, или цифровыми. Для упрощения тех. реализации большинство дискретных Л. э. ЦВМ выполнены как двухпозиционные, при этом одно из состояний обозначают «0», другое — «1». Однако применяют и многопозиционные дискретные Л. э. ЦВМ (см. Многозначные схемы). Л. э. ЦВМ различают, в основном, по функциональному назначению, по способу представления информации и способу связи между ними, а также по используемым физ. явлениям и характерным компонентам, из которых построены Л. э. ЦВМ. Согласно этим признакам ниже указаны осн. варианты цифровых двоичных Л- э. ЦВМ.
Простейшими функциональными типами Л. э. ЦВМ являются схемы совпадения, собирательные схемы и инверторы, которые реализуют переключательные функции наиболее распространенной функционально полной системы (соответственно конъюнкцию, дизъюнкцию и инверсию). Указанные типы Л. э. ЦВМ чаще всего выполняются в виде стандартных сочетаний, напр., для реализации универсальных Л. э. ЦВМ с ф-циями
и т. д. (см. Дискретных элементов система). Получили развитие и пороговые Л. э. ЦВМ, образующие «1» на выходе в случае, когда алгебраическая сумма сигналов на их входах превзойдет заданный пороговый уровень (см. Логика пороговая). Л. э. ЦВМ, выполняющие, кроме логических ф-ций, и ф-ции усиления выходных сигналов, наз. активны м и, а Л. э. ЦВМ без свойств усиления — пассивными. Различают Л. э. ЦВМ с запоминанием (см. Логический задерживающий элемент) и без запоминания. У элементов без запоминания отключение информации от входа переводит элемент в исходное состояние, а у Л. э. ЦВМ с запоминанием такое отключение не повлечет изменения состояния.
По способу представления информации в способу связи между собой Л. э. ЦВМ принято подразделять на Л. э. ЦВМ потенциального типа (см. Потенциальная элементная структура ЦВМ), импульсного типа (см. Импульсная элементная структура ЦВМ) и потенциально-импульсного типа (см. Потенциальноимпульсная элементная структура ЦВМ).
В зависимости от используемых физ. явлений и компонентов Л. э. ЦВМ делят на полупроводниковые (диодные, транзисторные, диодно-транзисторные и т. д.); магнитополупроводниковые (феррит-диодные, феррит-транзисторные); электромеханические (реле и контакторы); Л. э. ЦВМ на вакуумных или газонаполненных лампах и др., напр., оптические, криотронные и химотронные. Наиболее распространены полупроводниковые Л. э. ЦВМ.
Осн. характеристиками цифрового двухпозиционного Л. э. ЦВМ, выполняющего заданные логические функции, являются: сигналы для представления логического «0», логической «1» и помехоустойчивость; коэфф. объединения
по входам «И» и «ИЛИ», коэфф. разветвления по выходу; быстродействие; питающие напряжения и рассеиваемая мощность; габариты и вес; стоимость и надежность, рассматриваемая как совокупность свойств безотказности, восстанавливаемости и долговечности.
Коэфф. объединения по входу Л. э. ЦВМ определяет его максимально возможное количество логических входов, а коэфф. разветвления по выходу показывает, на какое количество логических входов можно подключать одновременно выход данного Л. э. ЦВМ.
1. Схема цифрового логического элемента, который реализует функцию «НЕ».
2. Передаточная характеристика инвертора.
Для конкретного Л. э. ЦВМ указываются полярность и амплитуда, а в ряде случаев и длительность входных и выходных сигналов. Типовой цифровой Л. э. (инвертор), реализующий функцию «НЕ», представлен на рис. 1. Передаточная характеристика его (рис. 2) отражает зависимость выходного напряжения
от входного напряжения UBX и имеет вид кривой с двумя прямолинейными участками, соответствующими уровням логических «1» и «0», и с узким переходным участком.
Обычно для получения необходимой надежности и быстрого достижения устойчивых точек логических «0» и «1» для Л. э. задают допустимые уровни входных сигналов. Причем из-за разброса параметров входных сигналов и компонент Л. э. ЦВМ, в зависимости от изменения питающих напряжений и температуры окружающей среды, функционирование Л. э. ЦВМ определяют семейства передаточных характеристик. Крайние значения входного сигнала, при которых выходной сигнал Л. э. ЦВМ равен макс. сигналу «0» или миним. сигналу «1», наз. пороговыми значениями сигналов Л. э. ЦВМ (точки 1 и 2 на рис. 2). Быстродействие Л. э. ЦВМ характеризует среднее время задержки в нем сигнала.
Конструктивно Л. э. ЦВМ чаще всего выполняют в отдельных корпусах или в одном корпусе размещают несколько независимых Л. э. ЦВМ. Известны также варианты с размещением одного Л. э. ЦВМ в нескольких типизированных корпусах. Развитие цифровых Л. э. ЦВМ особенно связано с развитием цифровых электронных вычислительных машин. Л. э. ЦВМ 1-го поколения строили на электронных лампах (подключенных проводниками к сопротивлениям, конденсаторам и индуктивностям), в машинах 2-го поколения — на транзисторах. Последние, исчерпав возможности повышения осн. характеристик Л. э. ЦВМ с подключенными радиодеталями, уступили место микроэлектронным интегральным схемам (машины 3-го и 4-го поколений). Именно интегральные схемы обеспечивают наибольшие возможности повышения быстродействия и надежности и снижения стоимости, веса и габаритов Л. э. ЦВМ и потребляемой ими энергии. Весьма перспективным направлением улучшения характеристик Л. э. считается использование возможностей квантово-оптических приборов типа лазеров (машины 5-го поколения). См. также Микроэлектронная элементная база вычислительной техники. Э. И. Номухаев.