【科普】逻辑门电路-2

作者: zhyuzh3d | 来源:发表于2019-06-13 22:05 被阅读9次

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异或门 XOR Gate

异或门的简单描述是两者相同得到0,两者不同得到1。即是:
00\to0,01\to1,10\to1,11\to0

异或门的连接要比上面复杂很多:

异或门XOR Gate

我们看到左上是OR,下面是NAND,它们互相连通,右侧是AND。

异或(00→0)

先看A=0,B=0的情况(应该输出0):

  • 对于最后AND门丙,它要求前面两个有一个是0就输出0。
  • 对于OR门甲,输入A为0,另一条输入来自于B,也为0,所以甲输出0。
    所以满足XOR00\to 0
异或(10→1)

再看A=1,B=0的情况(应该输出1):

  • 对于AND丙,要输出1必须两个输入都是1。
  • 对于OR甲,有一个是1就会输出1,而A=1,满足。
  • 对于NAND乙,AND的否定,与门01\to 0的否定即01\to 1输出1,满足。
    所以满足XOR10\to1
异或(01→1)

再看A=0,B=1的情况(应该输出1):

  • 对于AND丙,要输出1必须两个输入都是1。
  • 对于OR甲,有一个是1就会输出1,而B=1拐弯输入过来了,满足。
  • 对于NAND乙,AND的否定,与门01\to 0的否定即01\to 1输出1,满足。
    所以满足XOR01\to 1
异或(11→0)

最后看A=1,B=1的情况(应该输出0):

  • 对于AND丙,要输出0只须有一个输入是0即可。
  • 对于OR甲,两个输入都是1,结果是1,这条线不是0。
  • 对于NAND乙,AND的否定,与门11\to 1的否定即11\to 0输出0,满足。
    所以满足XOR11\to 0

XOR异或门可以简单记作相同为0,相异为1。它的符号是:

XOR异或门符号

逻辑门回顾

结合上一篇【科普】逻辑门电路-1,我们共讲了非、或非、或、与、与非、异或六种逻辑门电路。

从符号上看他们是:

六种逻辑门电路符号

抛开非门不谈,其实就是圆头与,尖头或,否定圈

它们的演化是从非门开始的,两个非门输入开关就变成了或非门,或非门加非门就变成了或门。

或非门+非门=或门
这个变化可以从下面公式中对比:

把或非门两个输入变成非门,就得到了与门,就是把OR的两个输入否定掉就得到了与门。

两非+或非=与门

这个变化可以从下面公式中得知:
\begin{align} NOR&:00\to 1;01\to 0;10\to 0;11\to 0\\ AND&:11\to 1;10\to 0;01\to 0;00\to 0 \end{align}

把与门后面接一个非门,就得到与非门。


AND+NOT=NAND与非门

这个变化可以从下面公式中得知:
\begin{align} AND&:11\to 1;10\to 0;01\to 0;00\to 0\\ NAND&:11\to 0;10\to 1;01\to 1;00\to 1\\ \end{align}

XOR异或门最复杂,它串联了或门、与非门和一个与门,上面已经仔细分析过了,不再重复。


XOR的组成

半加器 Half-adder

我们先看XOR的规则:
XOR:00\to0,01\to1,10\to1,11\to0

注意到了吗?换个写法:
0+0=0;1+0=1;0+1=1;1+1=0

对于二进制来说,这是不会进位的加法运算!1+1=0正是忽略了向前进位的结果,就像十进制中的5+5=0一样。

这里的问题是看上去0+0和1+1一样效果,都是0。如何区分呢?我们引入一个新的输出:

半加器逻辑电路图

如上图,添加了一个并联的AND门,这样0+0就会在进位C上输出0进位,而1+1就能输出1进位。这就是半加器,是加法器的基础组成。


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