الدارات الرقمية والبوابات الرقمية

2013-06-16

الدارات الرقمية تعالج مدخلات رقمية لتعطي مخرجات رقمية. وكلمة رقمية هنا تعني أنها تعمل في نظام ثنائي مكون من الصفر والواحد. فيكون هناك حد من الفولتية ما فوقه هو 1 وما دونه هو الصفر (ولا يوجد كسور أو أنصاف حالات). تحدد الفولتية حسب نوع الدارة وحسب التيار الكهربائي الذي يغذيها وأشهرها نوعان الأول CMOS حيث كل ما هو دون نصف الفولتية المغذية للدارة يعتبر صفر وما فوق نصفه فهو 1 (مثلا إن كنت تزود الدارة ب 5 فولت فإن ما فوق 2.5 فولت هو 1 وما دونه هو 0) والثاني هو TTL حيث يعتبر الصفر ما هو دون 0.8 فولت أما الواحد فهو ما فوق 2 فولت إلى حد 5 فولت (حيث أن دارات TTL يجب أن تزود دائما بجهد كهربائي ثابت هو 5 فولت +/- 10%).

البوابات الرقمية هي العمليات المنطقية البيسطة مطبق على شكل دارات رقمية مثل AND و OR و NOT و XOR و NAND و NOR وكلها عمليات ثنائية تأخذ مدخلتين لتعطي واحد باستثناء NOT فهي تأخذ مدخلة واحدة فتعكسها (تأخذ صفر وتعيد واحد وبالعكس)

البوابات المنطقية

وتدرس البوابات الرقمية من خلال جداول الحقيقة حيث نعمل جدول من عمودين وصفين فيهما الأرقام صفر وواحد وفي كل خلية نضع نتيجة تطبيق العملية عليها

كل ما يمكن للحاسوب القيام به يتم عبر تركيب عدد من مثل هذه البوابات المنطقية مثلا عملية الجمع يمكن عملها من خلال AND و OR و XOR وهي كما في الصورة (حيث A و B هما البتان المرات جمعهما و Cin هو ناتج الحمل من عملية سابقة وS هو البت الناتج و Cout هو ناتج الحمل للمنزلة التالية)

دارة الجمع

وقد أثبت أنه يمكن تكوين كل البوابات المنطقية من دارات NAND فقط (أو NOR فقط) بل إن الذواكر (مثل ذواكر الفلاش) يمكن تكوينها من خلال دارة flip-flop المعتمدة على البوابات المنطقية (مثلا في دارة SR هناك مدخل S أي set و مدخل R أي reset إن تم تطبيق دخل على S فإن الذاكرة تحتفظ بحالة 1 وإن تم تطبيق دخل على R فإن الذاكرة تحتفظ بحالة 0).

دارة SR القلابة

0


Abdelrahman
Abdelrahmanمنذ 4 سنوات

مقال بسيط و جميل :D هناك بعض الملحوظات (ربما أكون مخطأ)

"وكلها عمليات ثنائية تأخذ مدخلتين لتعطي" يمكن أن يكون دخلين أو أكثر.

ربما تحيل القارئ إلي الجبر البوليني فهو يبسط فهم العلميات التي تجريها البوابات.

أيضاً: بدلاً من ذكر قيم معينه في الدخل أو الخرج المقبول كصفر أو واحد لمااذا لا يُذكر noise margins فهي لها حسابات معينة (تحسب في الدوائر الأصلية عن طريق حساب التياارات و الجهود و مدي تأثير تغيرها في تغيير عمل الدائرة) ربما لا نريدها هنا لكن ليعلم القارئ من أين أتت تلك القيم؟ و لماذا لا تحيل القارئ إلي روابط للمختصرات مثل TTL أو CMOS و هكذا؟

0

مجاهد الطحلة
مجاهد الطحلةمنذ 4 سنوات

اختصار رائع لا يضيع المعلومات والحقائق مفيد جدا لمن يريد ان يراجع معلوماته اوجزت واجزلت بارك الله فيك وفي انتظار المزيد

1

مؤيد السعدي
مؤيد السعديمنذ 4 سنوات

شكرا لتفاعلكم

"وكلها عمليات ثنائية تأخذ مدخلتين لتعطي" يمكن أن يكون دخلين أو أكثر.

أخي عبدالرحمن أنا قصدت التي ذكرتها منها فقط ولم أقصد كل البوابات

و لماذا لا تحيل القارئ إلي روابط للمختصرات مثل TTL أو CMOS و هكذا؟

طلبا للتبسيط فجهل المواد الداخلة فيها أو طريقة صنعها لا تمنعنا من استعمال تماما كما يمكن لشخص أمي قيادة سيارة دون أدنى معرفة بعلم الميكانيك

0

Abdelrahman
Abdelrahmanمنذ 4 سنوات

معذرة :( فهمت أنك تتكلم بالعموم و ليس عن التي ذكرتها و الموجودة بالرسم.

بالنسبة للنقطة الثانية ربما فقط حتي يعرف الفروق و المميزات و العيوب (لا يهم التركيب الداخلي بالنسبة للمستخدم) و إلا فما الغرض من تعدد الأنواع؟ (Logic families)

0

مؤيد السعدي
مؤيد السعديمنذ 4 سنوات

و إلا فما الغرض من تعدد الأنواع؟

الغرض الذي من أجله ذكرت تلك الأنواع أن يعرف القارئ أن الدارة الرقمية إما صفر وإما واحد حتى لو كانت الفولتية قيمة نسبية كذلك حتى ينتبه إلى ضرورة قراءة ال datasheet الخاصة بها قبر ربطها بفولتية غير مناسبة أو ربط دارتين معا من عائلتين مختلفتين (تفسير لماذا يحتاج إلى وضع مقاومة هنا أو هناك)

0

Abdelrahman
Abdelrahmanمنذ 4 سنوات

نقطة جيدة :D شكراً مؤيد علي التوضيح و ربما تكون المقالة القادمة مليئة بالتفاصيل :)

1

LAILA
LAILAمنذ سنة

ماذا يحدث عندما نربط مدخلات الدائره NAND معا ؟؟

0

Test User