Логика

В данной задаче не требуется оценка погрешностей.

Введение

Основной единицей функциональной структуры любой современной электронно-вычислительной машины является логический элемент. По своей сути логический элемент – устройство, которое по определённому правилу в зависимости от сигналов, подаваемых на входные контакты, выдаёт сигналы на выходных контактах.

В простейшем случае сигналом может служить

электрическое напряжение определённой величины и полярности.

В двоичной логике различают два вида сигналов: «ноль» (полярность отрицательная) и «единица» (полярность положительная).

Для того, чтобы сигнал передавался по проводам, требуется, чтобы провода образовывали замкнутый контур (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема подключения логического элемента и считывания выходного сигнала индикатором

Для работы логического элемента он подключается к питанию – например, к батарейке. Эта же батарейка может выступать в роли источника сигналов.

Чтобы с помощью батарейки подать на «вход» логического элемента «единицу», требуется подключить «плюс» батарейки ко «входу» элемента. Чтобы подать на «вход» логического элемента «ноль», мы должны подключить «вход» элемента к «минусу» батарейки.

Считывать сигнал с «выходов» логических элементов мы будем с помощью специального светового индикатора. Индикатор светится, если один из его контактов подключить к «плюсу», а другой – к «минусу».

• Пусть на «выходе» логического элемента – «единица». Если индикатор подключить одним контактом к «выходу» логического элемента, а другим – к «минусу» батарейки, то индикатор будет светиться. Если его подключить не к «минусу», а к «плюсу» батарейки – он светиться не будет.

• Пусть на «выходе» логического элемента – «ноль». Если индикатор подключить одним контактом к «выходу» логического элемента, а другим – к «минусу» батарейки, то индикатор светиться не будет. Если его подключить не к «минусу», а к «плюсу» батарейки – он будет светиться.

Основными логическими элементами являются элементы «И», «ИЛИ», «НЕ». Таблицы зависимости их входных и выходных сигналов представлены ниже.

Логический элемент «И»

Логический элемент «ИЛИ»

Логический элемент «НЕ»

Экспериментальная установка

Рис. 2. Экспериментальный стенд

В вашем распоряжении имеется экспериментальный стенд (рис. 2) с уникальным номером. Стенд состоит из блока питания (отсек для двух батареек), колодки питания, отдельных логических элементов и некоторого устройства («чёрного ящика»), состоящего из таких же элементов. Принцип работы приведённых логических элементов и устройство «чёрного ящика» вам предлагается изучить в данной работе. На стенде для краткости контакты логических элементов обозначены буквами \(A\), \(B\) и \(C\), а изучаемого устройства — буквой \(Ч\) (рис. 2).

У каждого логического элемента и «чёрного ящика» имеется две группы проводов для подключения. Первая группа проводов условно называется «Входы» (они расположены слева), а вторая — «Выходы» (они расположены справа).

Рис. 3. Структурная схема стенда

Для подключения к батарейке на корпусе стенда сверху расположена колодка. Левый ряд контактов колодки подключён к «минусу» блока питания, а правый —- к «плюсу».

Для подключения «входов» элементов стенда и контактов индикатора к питанию включите соответствующие провода в гнёзда колодки.

Для определения состояния на «выходе» логического элемента вам предоставлен светодиодный индикатор.

Световой индикатор состоит из двух зелёных светодиодов. Считается, что индикатор светится, если светится любой из двух светодиодов в индикаторе.

Задание

Перед выполнением основной части работы, проверьте работоспособность светодиодного индикатора. Для этого подключите индикатор к колодке (один провод к контакту «\(+\)», а второй — к контакту «\(-\)»). Убедитесь, что  один из светодиодов индикатора светится. Поменяйте полярность подключения (первый провод к контакту «\(-\)», а второй — к контакту «\(+\)»). Убедитесь, что один из светодиодов индикатора снова светится.

Все дальнейшие измерения нужно проводить, подключив один провод индикатора к контакту «\(-\)», а второй — к одному из выходных контактов установки (\(A_{11}\), \(B_{11}\), \(C_{11}\), \(\text{Ч}_{11}\), \(\text{Ч}_{12}\) или \(\text{Ч}_{13}\)).

1. В вашем распоряжении три различных логических элемента. Для упрощения будем их называть «элемент A», «элемент B» и «элемент C».

Определите как зависит сигнал на выходах трёх имеющихся логических элементов от сигналов на входах.

Составьте таблицу, в которой будут представлены комбинации сигналов на входах элементов и соответствующие сигналы на выходе. Шаблон таблицы представлен ниже.

Таблица A

Таблица B

Таблица C

Поставьте в соответствие изученные в эксперименте логические элементы и элементы, описанные выше.

2. «Чёрный ящик» – представляет собой схему, составленную из изученных вами логических элементов. Ящик имеет три входа (\(Ч_{01}\), \(Ч_{02}\), \(Ч_{03}\)) и три выхода (\(Ч_{11}\), \(Ч_{12}\), \(Ч_{13}\)).

Определите как зависит сигнал на выходах «чёрного ящика» от сигналов на входах.

Составьте таблицу, в которой будут представлены комбинации сигналов на входах элементов и соответствующие сигналы на выходах.

Шаблон таблицы представлен ниже.

Таблица Ч

Используя изученные логические элементы, придумайте схему их соединения, которая бы позволила реализовать работу «чёрного ящика».

Оборудование

1. Стенд, включающий в себя три логических элемента, «чёрный ящик» и батарейку

2. Индикатор

Обязательно укажите в работе номер вашего стенда.