Bilgisayarınızın, cep telefonunuzun veya herhangi dijital bir aygıtın temelde nasıl işlem yaptığını merak ettiniz mi? Bu yazıda dijital işlemlerin lojik kapılarla nasıl gerçekleştirildiğinden bahsedeceğim.
Lojik kapılar elektrik anahtarlama ilkesine dayalı elektrik aygıtlardır. Genelde entegre biçiminde üretilirler ve yapılarında transistör,diyot ve direnç gibi temel elektronik elemanlar kullanılır. Lojik kapılar üç ana mantık elemanından oluşur. Bunlar AND ( VE),OR (VEYA) ve NOT (DEĞİL) kapılarıdır. Bu kapıların sembolleri aşağıda gösterildiği gibi sırasıyla and ,or ve not şeklindedir.
Bu temel kapıların bir araya getirilmesiyle başka kapı devreleride üretilmiştir. Bunlar NAND (VE DEĞİL), NOR (VEYA DEĞİL), XOR (ÖZEL VEYA) dur. Bu kapı devrelerinin sembolleri ise şöyledir:
Kapılar genellikle TTL (transistör-transistör lojik) mantığıyla üretilir. Bilindiği gibi transistörlerin bir görevide anahtarlama yapmaktır. NPN Transistörlerin base terminaline bir akım uygulandığında kollektörden emittere akım akışı olur.
Bu basit kurala göre kapı devreleri kolayca gerçekleştirilebilir.
Kapı devrelerinin entegre şeklinde üretildiğini belirmiştik. Bu entegreler BJT ile üretildiyse 74 serisi entegre , FET veya MOSFET ile üretildiyse 40 serisi entegre diye adlandırılır. 40 serisi entegrelere CMOS da denir.
Mikro işlemcilerde genellikle CMOS lar kullanılır. Çünkü transistörü oluşturan yarı iletken başına düşen alan daha azdır,daha az enerji harcar ve daha az ısınır.
74 serisi entegrelerinde kullanım senaryosuna göre çeşitleri vardır. Bunlar
- Standart güçlü ttl 74xx
- Düşük güçlü ttl 74Lxx
- Schottky serisi 74Sxx
- Düşük güçlü Schottky ttl 74LSxx
- Geliştirilmiş Schottky ttl 74Asxx
- Geliştirilmiş düşük güçlü Schottky ttl 74ASLxx
Lojik kapı devrelerinin sayısal analizinde George Boole tarafından geliştirilen boole cebri kullanılır.
Bu matematik prensiplerine göre kapılar görevlerini yerine getirir. Örneğin iki girişli AND(VE) kapısınının birinci terminaline lojik 1 (+5 v) ikinci terminaline lojik 0 (0 v) uygulandığında çıkışta lojik 0 görülür. Örnekte verdiğimiz gibi kapı elemanlarının girişlerine uygulanabilecek bütün değerlerin olduğu tabloya doğruluk tablosu denir. Kapıların fonksiyonları ve doğruluk tabloları şöyledir.
Lojik Kapı Devreleri Nelerdir
Lojik kapılar bütün bu kurallar çerçevesinde bir araya gelerek daha karmaşık yapılar oluşturulabilir. Lojik kapılarla decoder (kod çözücü), encoder (kodlayıcı), sayıcı, rom (yalnızca okunabilir bellek), register (kaydedici), multilexer (veri seçici) gibi işlem birimleri üretilebilir. Bu işlem birimleriyle dijital işlemler kolayca kontrol edilebilir.
Yapılarında birçok kapı elemanı bulunduran bu işlem birimlerinin birbirleriyle uyumlu çalışabilmesi için bir clock (darbe) sinyaline ihtiyaçları vardır. Darbe sinyali, oluşturulan devrenin çalışma şartlarına göre gerekli olan frekansta üretilen bir kare dalga olmalıdır.
Örneğin dijital saat devresi için sayıcıların darbe girişine 1 Hz sinyal uygulamak gerekir.
Sonuç olarak dijital işlemlerin en küçük birimi olan kapılar karar verme işlemlerini yerine getirir. Elektrik gerilimini istediğimiz zaman istediğimiz birime göndermemizi ve karmaşık işlemleri kolayca yerine getirmemizi sağlar. Karmaşık devreler boole matematiği ile tasarlanıp uygulanabilir.