Классификация логических элементов

Логические функции оставались бы красивой абстракцией без реализации в реальном мире вещей, поэтому для прикладной реализации функций логической алгебры были созданы сущности, называемые логическими элементами. В современной технике можно встретить большое разнообразие механизмов от самых простых до очень сложных, действие которых основано на принципах математической логики. В этой статье кратко описаны классы логических вентилей и выделено несколько общих классификационных особенностей.

Что такое классификация логических элементов

В современном мире все привыкли связывать логические элементы с электронными микросхемами. Однако электроника бурно развивалась лишь во второй половине XX века, а элементам математической логики уже более двух тысячелетий.

Где используются логические элементы?

Неэлектронные логические элементы не потеряли своей актуальности и сегодня. Это связано с тем, что электроника как самодостаточная отрасль занимает относительно небольшой сегмент экономики. По сути, это класс устройств, непосредственно связанных с обработкой информации – компьютеры, мобильные телефоны, телевизоры, схемы управления.

Однако реальная экономическая деятельность требует наличия большого количества инструментов для физической обработки материалов, химического производства и обслуживания технологических процессов. Производство тех же компьютеров требует большой подготовительной работы, которая связана не с обработкой информации, а с переработкой стали, кремния и производством полимеров.

Несмотря на то, что все современные машины и механизмы оснащены электроникой, позволяющей поддерживать технологический процесс с высокой точностью, некоторые операции логичнее оставить самому исполнительному механизму и реализовать его на его элементарной базе. Во-первых, он укорачивает сигнальную цепочку от механизма к электронному блоку управления и обратно, что приводит к повышению производительности. Во-вторых, он убирает из цепи электронный блок управления, что повышает надежность, а иногда и безопасность системы в целом.

Таким образом, в зависимости от вида энергии, преобразование которой происходит при работе того или иного устройства, можно выделить следующие классы логических элементов:

• механический;
• гидравлический;
• пневматический;
• электрический;
• электронный;
• оптический.

Помимо перечисленных выше основных типов, в литературе часто встречаются их комбинации, например, электромеханические элементы.

Электронная элементная база

Конечно, не стоит недооценивать электронику, с помощью которой наиболее полно и просто реализуются какие бы сложные логические функции ни были. Именно благодаря развитию электронных компонентов потенциал некогда абстрактной дисциплины был максимально раскрыт. Можно с уверенностью сказать, что принципы, сформулированные Лейбницем и Булем, определили развитие современных технологий.

На самом деле элементарная база логических элементов носит вполне эволюционный характер и связана с вытеснением старых технологий более новыми, более быстрыми и эффективными. К основным типам относятся:

• РТЛ. Резисторно-транзисторная логика.
• ДТЛ. Диодно-транзисторная логика.
• ТТЛ и ТТЛ(Ш). Транзисторно-транзисторная логика и более совершенный вариант с диодами Шоттки.
• ЭСЛ. Эмиттерно-связанная логика.
• КМОП. Дополнительные МОП-транзисторы.

Стоит отметить, что наибольшую производительность и эффективность на данный момент имеют КМОП-микросхемы, практически вытеснившие другие типы реализаций.