Loginis elementas

Loginis elementas (angl. logic gate) – elektroninė schema, atliekanti Būlio algebros operaciją. Tariama, kad galimos tik dvi loginio elemento įėjimo ir išėjimo įtampų reikšmės: loginio nulio (pavyzdžiui, mažiau nei 0,4 V) arba loginio vieneto (pavyzdžiui, daugiau nei 2,4 V). Intervalas tarp 0,4 ir 2,4 įtampų reikalingas patikimam darbui užtikrinti. Loginio elemento samprata leidžia kurti kompiuterių ir kitas panašias schemas nesigilinant į elektronikai specifines detales. Tie patys elementai prireikus gali būti realizuojami tiek naudojant reles ar radijo lempas, tiek ir tranzistorius ar šiuolaikines mikroschemas.^[1]

Tipas	Stačiakampis vaizdavimas	Paaiškinimas
NE		Paprasčiausias ir dažnai naudojamas loginis elementas yra elementas NE (arba invertorius, angl. NOT). Jis turi vieną įėjimą ir vieną išėjimą. Jei įėjime esti loginio vieneto įtampa, išėjime – loginio nulio ir atvirkščiai. Jei du NE elementai sujungiami nuosekliai, signalas antrojo elemento išėjime kartoja įtampos kitimus pirmojo elemento įėjime.
IR		Elementas IR (angl. AND) turi du arba daugiau įėjimų. Išėjimo signalas įgyja vieneto reikšmę tik tada, kuomet į visus įėjimus paduodama vieneto reikšmė.
ARBA		Elementas ARBA (angl. OR) turi du arba daugiau įėjimų. Išėjimo signalas įgyja vieneto reikšmę jei į nors vieną įėjimą paduodama vieneto reikšmė.
IR – NE		Elementas IR – NE (angl. NAND) turi du arba daugiau įėjimų. Išėjimo signalas įgyja nulio reikšmę tik tada, kuomet į visus įėjimus paduodama vieneto reikšmė; kitu atveju išėjime esti vieneto reikšmė. Tai labai populiarūs elementai, nes įvairiai juos jungiant galima gauti IR, ARBA, NE elementus ar bet kurią kitą loginę funkciją.
Išskirtinis ARBA		Elementas Išskirtinis ARBA (angl. XOR arba exclusive OR), dar vadinamas palyginimo elementu, paprastai turi du (labai retai daugiau) įėjimų. Dviejų įėjimų elementui išėjimo signalas įgyja nulio reikšmę tik tada, jei abiejų įėjimo signalų reikšmės lygios. Jei įėjimo signalų reikšmės skirtingos (nesvarbu kokios), išėjime esti loginio vieneto reikšmė. Tokie elementai gerai tinka lyginimo operacijai. Esant daugiau įėjimų, elemento išėjimo signalas lygus vienetui, jei įėjimo signalų, turinčių vienetinį lygį, skaičius yra nelyginis.
ARBA – NE		Elementas ARBA – NE (angl. NOR) turi du arba daugiau įėjimų. Išėjimo signalas įgyja nulio reikšmę, jei į bet kurį įėjimą paduodama vieneto reikšmė. Kitu atveju išėjime esti vieneto reikšmė.

Teoriškai įmanomi 16 vien tik du įėjimus turinčių loginių elementų, tačiau dauguma jų kaipo tokie nėra gaminami ir prireikus sukuriami pagal žinomas schemas sujungiant labiau paplitusius elementus.

Iš keturių elementų (du IR, vienas ARBA ir vienas NE) jau galima surinkti sudėties veiksmą atliekančią schemą. Schema sudeda vienženklius dvejetainius skaičius, gaudama dviženklį atsakymą pagal lentelę

Matyti, jog pirmasis skaitmuo tampa lygus vienetui tik sudedant du vienetus, taigi jo reikšmė yra (A IR B). Skaitmens reikšmę skaičiuoja elementas IR. Antrąjį skaitmenį skaičiuoja sudėtingesnė grandinė.

Tokia schema paprastai vadinama pussumatoriumi. Išbaigti sumatoriai turi papildomą įėjimą jiems į grandinę sujungti, įgalinant sudėti tokio ilgio skaičius, kiek yra sumatorių. Pavyzdžiui, 32 bitų procesoriui skaičiams sudėti reikia 32 sumatorių.

Kompiuteris turi sugebėti ne tik skaičiuoti, bet ir atsiminti duomenis bei programą. Atmintį turinčiose schemose loginiai elementai sujungiami sukuriant tiesioginius ar netiesioginius teigiamus grįžtamuosius ryšius.

Iliustracijoje pateikta atminties ląstelė surinkta iš dviejų NE ir dviejų IR-NE elementų. Schemos būsenai keisti yra du atskiri įėjimai, kurių aktyvi („įsimink“) reikšmė yra loginis 1. „Ramybės“ (saugojimo) būvyje abiejų įėjimų įtampa atitinka loginį 0. Toks ląstelės tipas vadinamas RS trigeriu.

Kai kurie elementai turi specialiu signalu įjungiamą trečią „didelės varžos“ (angl. high impedance arba Z) išėjimo signalo būseną. Šioje būsenoje elementas iš esmės yra atjungtas nuo išėjimo grandinės. Tokių elementų išėjimai gali būti sujungti tarpusavyje. Išėjimo signalą apsprendžia tuo metu aktyvus elementas (toks vienu metu gali būti tik vienas). Kitais atvejais elemento schema kai kada projektuojama taip, kad sujungus tarpusavyje išėjimus galiotų situacija „nulis visada nugali“ ar „vienetas visada nugali“, lygių konfliktui, nesugadinant pačių elementų.

Trečiąja būsena pagrįstas vieno pagrindinių kompiuterio elementų – magistralės – veikimas.

Šiuolaikiniai procesoriai turi dešimtis tūkstančių įvairių elementų.

• Apie išskirtinį ARBA (angl.)