انواع البوابات المنطقية وأمثلة عليها
انواع البوابات المنطقية
تعتبر البوابات المنطقية هي عبارة عن مفهومًا مهمًا لكل من يدرس في مجال الإلكترونيات، كما أنها هامة في الأجهزة الرقمية وهي التي تعتمد بصورة رئيسية على وظائف البوابات المنطقية، فقد تستعمل البوابات المنطقية لإتمام عمليات منطقية من خلال مدخلات ثنائية فردية أو متعددة وتعطي ناتج ثنائي واحد أو بمعنى بسيط فأن البوابات المنطقية تعتبر بمثابة الدوائر الإلكترونية داخل نظام رقمي.[1][2][4]
- أولاً بوابةAND.
- ثانياً بوابة OR.
- ثالثاً بوابة NOT.
- رابعاً بوابة XOR.
- خامساً NAND.
بوابة AND هي ذات مخرج واحد ومدخلان أو أكثر، فحين تكون كل المدخلات 1 ، يكون ناتج هذه البوابة هو 1، المنطق لهذه البوابة المنطقية هو أن AND هو Y = A.B إذا كان يوجد مدخلين A و B فيكون رمز بوابة AND وجدول البوابة هو كالتالي:
| put | Output | |
| A | B | A AND B |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
من خلالها يمكن استخدام مدخلين أو أكثر ومخرج واحد من البوابة المنطقية OR. فأن المنطق في هذه البوابة هو أنه إذا كان أحد المدخلات على الأقل هو 1 ، فسيكون الناتج هو 1. في حالة إعطاء مخرج لبوابة OR من خلال الإجراء الرياضي التالي في حالة أن هناك مدخلين A و B: Y = A + B
| Input | Output | |
| A | B | A OR B |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
اما بالنسبة لبوابة NOT فهي تعتبر بوابة أساسية تملك مدخل واحد ومخرج واحد. فحين يكون الإدخال 1 ، فسيكون الناتج 0 والعكس صحيح. كما تعرف البوابة NOT أحيانًا بأسم العاكس وهيا ما يجعلها مميزة. ففي حالة أن هناك إدخال واحد فقط A ، فيمكن حساب المخرجات من خلال استعمال المعادلة المنطقية Y = A .
| Input | Output |
| A | Not A |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
أن بوابة NOR قد تُعرف في بعض الأحيان باسم بوابة “NOT-OR” وهذا من بوابة OR تليها بوابة NOT. فأن مخرج هذه البوابة 1 فقط حين تكون جميع مدخلاتها 0. بدلاً من هذا، فحين تكون شتى المدخلات قليلة فسيكون الناتج مرتفعًا. العبارة المنطقية لبوابة NOR هي Y = (A + B) وهذا إذا كان هناك مدخلين A و B.
| Input | Output | |
| A | B | A NOR B |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
بوابة Exclusive-NOR أو تعرف بأسم EX-NOR هي بوابة منطقية رقمية تتقبل أكثر من مدخلين ولكنها يكون الناذتج واحدًا فقط. ففي حالة أن كان كلا المدخلين “مرتفعين” فسيكون ناتج بوابة XNOR “مرتفع”. أما إذا كان كلا المدخلين قليلين فسيكون الناتج “مرتفع” أما في حالة كان أحد المدخلات قليل ، فسيكون الناتج قليل أما إذا كان هناك مدخلين A و B ، فستكون المعادلة المنطقية لبوابة XNOR كالتالي: Y = A.B + A’B ‘.
| Input | Output | |
| A | B | A XNOR B |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
يعتبر النوع هذا من البوابة المنطقية هو الأكثر تعقيدًا قليلاً ويعمل بدوره مثل بوابة AND وبوابة NOT. كما سيكون الناتج خطأ فقط إذا كان كلا المدخلين صحيحين اما في أي موقف آخر ، يكون الناتج صحيحًا.
| Input | Output | |
| A | B | A NAND B |
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
أمثلة على البوابات المنطقية
يتوفر العديد من الأمثلة في عبارات أولويات البوابات المنطقية، ولمعرفة ما هو الناتج يجب الاخذ في الاعتبار الأولويات ليتم الحصول على النتيجة الصحيحة.
1OR 0 AND 1
في البداية تحدد الأولوية، الأولوية هي لبوابة AND ولأن العبارة ستكون بدون الأقواس.
إيجاد ناتج العبارة 0AND 1
0
إيجاد ناتج العبارة 1OR 0 سيكون الناتج = 1.
NOT 0 AND (NOT 1 OR 0)
معرفة مت هو الناتج في داخل الأقواس، بشطر أن تعطى الأولوية لبوابة NOT من ثم OR.
معرفة ناتج خارج الأقواس، له شرط وهو إعطاء الأولوية لبوابة NOT من ثم AND. NOT 0 AND (0 OR 0) NOT 0 AND 0 1AND 0 الناتج = 0. [3]
A AND B OR NOT C
مع العلم أن A=0 , B=1, C=1 فتعوض المعطيات: 0AND 1 OR NOT 1 مع أن تحدد الأولوية، فتمنح الأولوية لبوابة NOT، فأن بوابة AND، من بعدها بوابة OR. 0AND 1 OR 1 0OR 0 الناتج = 0.
A OR NOT B) AND (NOT C AND D))
مع العلم أنّ: A=0 , B=1, C=1, D=0
فيكون تعويض المعطيات: 0OR NOT 1) AND (NOT 1 AND 0 ))
تحدد الأولوية، نتيجة لتساوي الأولويات، وبالتالي يحل القوس الأيسر ومن ثم القوس الأيمن:
0OR 0) AND (NOT 1 AND 0)) 0ِAND (NOT 1 AND 0) 0ِAND (0 AND 0) 0AND 0 الناتج = 0.
استخدامات البوابات المنطقية
- يتم استخدام البوابات المنطقية في مجموعة مختلفة من التقنيات ومن هذه التقنيات هي مكونات الرقائق (ICs) ، وتعتبر مكونات أجهزة الكمبيوتر والهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة الإلكترونية المختلفة.
- كما من الممكن الجمع ما بين البوابات المنطقية المختلفة بصورة متنوعة ، ومليون من هذه المجموعات لازمة لعمل أحدث الأدوات والأقمار الصناعية وحتى في الروبوتات.
- من الممكن أيضًا العثور على مجموعات البوابة المنطقية البسيطة داخل أنواع أجهزة الإنذار للتحذير من السرقة والصفارات والمفاتيح وأضواء الشوارع. وبسبب هذه البوابات من الممكن أن يختار البدء أو التوقف بناءً على المنطق وفي الاغلب ما يتم استعمالها في مجموعة متنوعة من القطاعات.
- البوابات المنطقية تعد مهمة أيضًا لعمل نقل البيانات والحساب ومعالجة البيانات وفي حتى منطق الترانزستور ودوائر CMOS تستعمل البوابات المنطقية بشكل مكثف للغابة.
ما الفائدة من البوابات المنطقية
كما ذكرنا أعلاه تعتبر استعمالات البوابات تظهر في العديد من الشركات والمصانع المختلفة في صروة البوابات المنطقية أو في تنفيذ عملياتها كما في معظم العمليات ، فقد تعمل بمثابة خزانات فشل لإغلاق أو تنشيط بعض الآلات التي تحميها مما يحميها من التلف في ظروف العمل المعاكسة. كما تستقبل بوابات OR مدخلات من مستشعرات درجة الحرارة والضغط ومن هنا توفر مخرجًا يصحح الاختلافات غير المطلوب بها.
كما تعمل أنواع البوابات هذه مثل الحراس فيقوموا بفحص البيانات التي تأتي عبر قناة إلكترونية كما من الممكن أن تعمل البوابة AND مثل بوابات “تمكين” فهي توفر بتدفق البيانات من خلال قناة أو بوابة توقف تدفق البيانات وهذا يعتبر مثال عملي يقوم بقياس تردد الموجة النبضية.
قد تسمى البوابات ببساطة المحولات كونها هي من تمارس المخرجات المباشرة نتيجة للمدخلات التي تتلقاها فأن أحد التطبيقات الجيدة التي تستعمل بوابات NOT هي مذبذبات التي تكون مستخدمة في إنشاء إشارات الساعة كما يُفضل استعمال بوابات NOT في هذه الأجهزة لأنها توفر استعمال أكثر كفاءة للطاقة من أنواع البوابات المنطقية الأخرى.
مزايا وعيون البوابات المنطقية
مزايا البوابات المنطقية هي:
- يتم إتمام العمليات المنطقية من خلال استعمال الجبر المنطقي الذي يجعل تصميم الدوائر أكثر اقتصاداً وبساطة.
- قد تتمكن من تمييز المنطق “1” والمنطق “0” بسهولة.
عيوب البوابات المنطقية هي:
- قد يكون جهد التشغيل محدود.
- من الممكن أن يحدث تأخير الوقت بين الإدخال والإخراج.[5]