ЛОГИ́ЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕ́НТ

ЛОГИ́ЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕ́НТ (ЛЭ), уст­рой­ст­во (как пра­ви­ло, элек­трон­ное), ко­то­рое реа­ли­зу­ет ло­ги­че­скую опе­ра­цию со­глас­но пра­ви­лам ал­геб­ры ло­ги­ки; ис­поль­зу­ет­ся для по­строе­ния ло­ги­че­ских (циф­ро­вых) схем ком­пь­ю­те­ра, дис­крет­ных сис­тем ав­то­ма­ти­ки и др. Вход­ные и вы­ход­ные сиг­на­лы ЛЭ оп­ре­де­ля­ют­ся дву­мя со­стоя­ния­ми (напр., в элек­трон­ных ЛЭ – уров­ня­ми на­пря­же­ний), ко­то­рые ус­лов­но при­ни­ма­ют­ся за ло­ги­че­ский «0» и «1» (напр., 0 В со­от­вет­ст­ву­ет «0», а +1 В – «1»). ЛЭ бы­ва­ют ком­би­на­ци­он­ные и по­сле­до­ва­тель­но­ст­ные. В ком­би­на­ци­он­ном ЛЭ вы­ход­ной сиг­нал за­ви­сит толь­ко от зна­че­ния вход­ных сиг­на­лов, в по­сле­до­ва­тель­но­ст­ном ЛЭ (за­по­ми­наю­щий ЛЭ) вы­ход­ной сиг­нал за­ви­сит от вход­ных сиг­на­лов и от со­стоя­ния, в ко­то­ром на­хо­дит­ся ЛЭ, т. е. от ис­то­рии его ра­бо­ты. Про­стей­шие ЛЭ – И, ИЛИ, НЕ, а так­же И и НЕ (или эле­мен­ты ИЛИ и НЕ) пред­став­ля­ют со­бой функ­цио­наль­но пол­ную сис­те­му, т. е. с их по­мо­щью мож­но по­стро­ить лю­бые сколь угод­но слож­ные ком­би­на­ци­он­ные и по­сле­до­ва­тель­но­ст­ные ло­гич. схе­мы. Кро­ме ло­гич. фор­му­лы, ком­би­на­ци­он­ный ЛЭ мож­но опи­сать таб­ли­цей ис­тин­но­сти, а по­сле­до­ва­тель­но­ст­ный – таб­ли­цей пе­ре­хо­дов и вы­хо­дов. Ка­ж­дый ЛЭ име­ет своё ус­лов­ное обо­зна­че­ние, ко­то­рое вы­ра­жа­ет его ло­гич. функ­цию. При раз­ра­бот­ке ком­пь­ю­те­ра ис­поль­зу­ет­ся сис­те­ма ЛЭ, ко­то­рая, кро­ме про­стей­ших ЛЭ, вклю­ча­ет в се­бя бо­лее слож­ные, та­кие как И-НЕ, ИЛИ-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, И-ИЛИ-НЕ, ИЛИ-И-НЕ, пол­ный од­нораз­ряд­ный сум­ма­тор, ком­му­та­тор, де­шиф­ра­тор, раз­но­об­раз­ные за­по­ми­наю­щие эле­мен­ты (триг­ге­ры) и др. В сис­тему ЛЭ вхо­дят бу­фе­ры для уси­ле­ния ло­гич. сиг­на­лов и уси­ли­те­ли син­хро­ни­зи­рую­щих сиг­на­лов, а так­же ЛЭ для ор­га­ни­за­ции ши­ны пе­ре­да­чи дан­ных.

Совр. сис­те­ма ЛЭ вклю­ча­ет по­ряд­ка 10³ мо­ди­фи­ка­ций разл. ЛЭ, что по­зво­ля­ет соз­да­вать эф­фек­тив­ные ло­гич. схе­мы, ис­поль­зуя ав­то­ма­ти­зир. сис­те­мы син­те­за и оп­ти­ми­за­ции. Осн. па­ра­мет­ры, ха­рак­те­ри­зую­щие ЛЭ: вы­пол­няе­мая функ­ция, за­держ­ка (вре­мя сра­ба­ты­ва­ния), за­ни­мае­мая пло­щадь, по­треб­ляе­мая мощ­ность, на­гру­зоч­ная спо­соб­ность, вход­ная ём­кость. Обыч­но за еди­ни­цу из­ме­ре­ния пло­ща­ди ЛЭ при­ни­ма­ет­ся вен­тиль (англ. gate) – пло­щадь, за­ни­мае­мая эле­мен­том 2И-НЕ со ср. на­гру­зоч­ной спо­соб­но­стью. Боль­шин­ст­во совр. сис­тем ЛЭ ис­поль­зу­ют тех­но­ло­гию КМОП (ком­пле­мен­тар­ная ме­талл-ок­сид-по­лу­про­вод­ни­ко­вая тех­но­ло­гия). Ти­по­вая за­держ­ка ЛЭ 2И-НЕ, из­го­тов­лен­но­го по совр. тех­но­ло­ги­ям (ха­рак­тер­ный раз­мер 90 нм), со­став­ля­ет 30–50 пи­ко­се­кунд.