Logic Gates 101

Le porte logiche sono il fondamento dell'elettronica moderna. Questi minuscoli circuiti eseguono operazioni logiche di base come AND, OR e NOT, aiutando a elaborare e prendere decisioni nei sistemi digitali.

In questa guida imparerai cosa sono le porte logiche, come funzionano e perché sono essenziali nella progettazione dei circuiti.

Perfetta per i principianti, questa introduzione ti aiuterà a muovere i primi passi!

Sembra difficile (lo è!), ma con il tempo e la pratica, riconoscerai il circuito in modo naturale!

Intro

Questa guida è noiosa e prolissa! Eppure, sono le basi per l'elettronica dagli anni '50 ad oggi.

Immaginerai le porte logiche come un modo per raccontare una storia: 

Il racconto del regno logico

C'erano una volta, nel Regno Logico, quattro potenti maghi: NOT, AND, OR e XOR. Vivevano in armonia, aiutando i cittadini a risolvere i problemi e a prendere decisioni nella loro vita quotidiana. Ogni mago aveva poteri unici e un modo di pensare distinto.

Il problema della lampada misteriosa

Un giorno, gli abitanti della città andarono dai maghi con un problema particolare. Una lampada magica nel castello non funzionava correttamente. Il re dichiarò: "La lampada deve accendersi solo nelle giuste condizioni. Aiutaci a determinare quando dovrebbe brillare!"

I maghi si riunivano per ascoltare le regole del re

NOT: "La lampada non dovrebbe accendersi se la stanza è già illuminata."
AND: "Dovrebbe accendersi solo se l'alimentazione è accesa e l'interruttore è premuto".
OR: "Può anche accendersi se l'interruttore di emergenza è su ON o l'interruttore principale è su ON".
XOR: "Ma NOT dovrebbe accendersi se entrambi gli interruttori sono accesi contemporaneamente: confonde la lampada!"

I contributi dei maghi

NOT ha parlato per primo. Agitò il suo bastone e dichiarò: "Se la stanza è illuminata, la lampada rimarrà spenta". La folla annuì in segno di comprensione, poiché NOT faceva sempre le cose al contrario.

Successivamente, AND fece un passo avanti. "Anche se la stanza è buia, la lampada non si accende a meno che non si accenda e non si prema l'interruttore principale", ha spiegato. Era severo e permetteva di agire solo quando tutto era giusto.

Poi è arrivato OR, che era più flessibile. "Se l'interruttore di emergenza OR l'interruttore principale è acceso, la lampada può accendersi", ha detto. OR amava dare più opzioni e trovare almeno un modo per far funzionare le cose.

Alla fine, l'intelligente XOR si fece avanti. "Ma attenzione! Se entrambi gli interruttori sono accesi contemporaneamente, la lampada non deve NOT accendersi: è l'uno o l'altro, non entrambi!" Il suo potere era sottile ma essenziale per evitare confusione.

La soluzione

I maghi unirono i loro poteri:

Innanzitutto, NOT si è assicurato che la lampada non si accendesse se la stanza era già luminosa.
Quindi, AND si è assicurato che sia l'alimentazione che l'interruttore principale fossero pronti.
OR ha dato flessibilità, consentendo anche all'interruttore di emergenza di attivare la lampada.
XOR impediva alla lampada di comportarsi in modo anomalo quando entrambi gli interruttori erano accesi.

Il re ne fu deliziato e la lampada obbedì alla logica perfetta.
E così, NOT, AND, OR e XOR sono diventati eroi, celebrati per la loro saggezza e capacità di portare chiarezza nel caos.

Buffer (commutazione automatica)

È un diodo. La porta buffer è una semplice porta logica che ha un unico scopo: passare il suo segnale di ingresso alla sua uscita invariato. Non inverte, altera o elabora il segnale, ma si limita a garantire che il segnale rimanga forte e stalla . Con esso Niente pantaloncini corti !

L'auto-switch è molto importante per fermare il flusso di energia per andare nella "direzione sbagliata". Bloccherà l'alimentazione dal "ritorno". 

Anche se può sembrare ridondante, i gate buffer sono utili per:

+ Rafforzamento del segnale: i buffer amplificano i segnali deboli per garantire che possano percorrere distanze più lunghe o azionare più componenti senza degradazione

+ Isolamento del segnale: isolano parti di un circuito per evitare interferenze o interazioni involontarie

Maggiori informazioni sull'interruttore automatico

è su un altro post : Come utilizzare un AutoSwitch

NOT (inverter)

Una porta NOT è una delle porte logiche più semplici nell'elettronica digitale. È anche chiamato invertitore perché capovolge, o inverte, il segnale di ingresso.

RESET con un NOT gate

Nel riquadro rosso in basso a sinistra, c'è quello che io chiamo un circuito RESET. Sono solo due parti: 

un pulsante (a sinistra) e un inverter (a destra). È collegato all'alimentazione principale (in basso) e in alto eroga la corrente al resto del circuito. Tutta la potenza erogata al resto del circuito passa attraverso di esso.

Quando si preme il pulsante, l'alimentazione si interrompe per un breve momento (un tick) e si cancella l'intero circuito. È un RESET

OR

Lo scopo di un cancello OR è semplice: emette il flusso di potenza (luce accesa) se qualunque dei suoi ingressi (qui gli interruttori a parete) sono accesi. 

È come una regola che dice: "Se A o B o C è vero (aperto), l'output è vero". 

NOR

Un cancello NOR è una combinazione di un cancello OR seguito da un cancello NOT. Emette il risultato opposto (invertito) di una porta OR

Pensa a un sistema in cui una luce si accende solo quando né di tre interruttori è ON. Se uno degli interruttori viene ruotato, la luce si spegne.

Il NOR gate è potente grazie alla sua versatilità e al suo ruolo nella semplificazione della progettazione dei circuiti!

AND

Una porta AND è una porta logica di base che emette 1 (HIGH) solo quando tutti i suoi ingressi sono 1 (HIGH). Se un ingresso è 0 (LOW), l'uscita sarà 0 (LOW).
Sì, abbiamo iniziato a parlare in Binary :)

In altri termini, se tutto gli interruttori sono accesi, allora la luce è accesa. Se uno di essi è spento, la luce si spegne.

È il mio preferito :) 

AND con 4 porte da garage

AND cancello con 3 interruttori per aprire o chiudere le porte del garage.

Ogni interruttore aveva una lampada per testare il circuito e seguire il flusso di energia. Verde per gli interruttori a parete, Rosa per lo stato del cancello AND e Giallo per il Risultato (chiamato anche "Q")

+ Se è presente una sola porta aperto (1,2 o 3), then La quarta porta è aperto (la porta bianca in alto).

+ Se 1 e 2 e 3 sono chiusi, then La quarta porta si chiuderà.

NAND

Un NAND gate è l'inverso di un AND gate. Combina una porta AND con una porta NOT per invertire l'uscita

Immaginate un sistema in cui un allarme di avvertimento deve rimanere silenzioso solo se entrambe le condizioni sono soddisfatte (ad esempio, la porta è chiusa e nessun sensore di prossimità attivato). Se una delle condizioni si discosta, l'allarme suonerà.

XOR

Una porta XOR (porta OR esclusiva) è una porta logica che emette HIGH (1) se esattamente uno dei suoi ingressi è HIGH (1). Si differenzia da una porta OR standard perché esclude il caso in cui entrambi gli ingressi siano ALTI (1)

Immaginate una luce comandata da due interruttori, ma il La luce si accende solo quando si preme un interruttore , non entrambi. Se entrambi gli interruttori sono spenti o accesi, la luce rimane spenta

XOR per aprire una porta del loot

Usiamo un XOR per aprire una porta elettrica quando vinci una delle due partite, ma non entrambe
Scopri di più informazioni su questo esempio di XOR

XNOR

Un gate XNOR (esclusivo gate NOR) è il complemento di un gate XOR. Emette HIGH (1) se gli ingressi sono gli stessi (entrambi 0 o entrambi 1). Se gli ingressi sono diversi, l'uscita è LOW (0).

Immagina una serratura digitale che si apre solo quando due ingressi (come i PIN) corrispondono. Se gli ingressi sono gli stessi, il lucchetto si apre. Se differiscono, rimane bloccato.

IMPLY

Una porta IMPLY (o porta di implicazione) è una porta logica meno comune ma interessante che modella l'implicazione logica. Emette LOW (0) solo quando il primo input (chiamato antecedente) è TRUE (1) e il secondo input (chiamato conseguente) è FALSE (0). In tutti gli altri casi, l'uscita è ALTA (1).

Considera una regola come: Se piove (A), allora porterò un ombrello (B).
Se A, allora B (o A → B).

Sì lo so. Non è molto utile in No Man's Sky :)

SEMPLICIO

La porta NIMPLY (nota anche come porta di implicazione NOT o implicazione negata) è la forma negata della porta IMPLY.

Se non piove (A), allora non porto l'ombrello (B)

Ancora meno utile in NMS, ma chissà? ^^

MUX e DEMUX sono in un altro post  

Fonte principale : No Man's Sky wiki

Visita la No Man's Sky School of Technology (in Euclide)