مدارهای منطقی اساسا آرایشی از سوئیچ ها هستند که گیت های منطقی نامیده می شوند. بطور کلی یک سوئیچ دستگاهی است که ورودی ها و خروجی ها تعدادمحدودی از حالت های مجزا دارند، معمولا “خاموش” و “روشن”. در بسیاری از مدارهای منطقی، این حالت ها به عنوان بالا و پایین معین شده اند. مدارهای منطقی برای بهره برداری از کامپیوتر ها و بیشتر تجهیزات دیجیتالی دیگر ضرورت دارند.مزیت عمده سوئیچ های الکترونیکی این است که حالت “خاموش” و “روشن” آن ها به سرعت تغییر میکند، در کمتر از یک میلیاردم ثانیه. محاسبات در کامپیوتر های الکترونیکی دیجیتال و دیگر دستگاه های دیجیتال ممکن است شامل آرایش های پیچیده ای از گیت های منطقی و مراحل بسیار زیادی باشند. زمان مورد نیاز برای انجام چنین عملیات تعویضی، باید زمان بسیار کمی بگیرد در غیر این صورت زمان مورد نیاز برای محاسبه به شکل بازدارنده ای طولانی خواهد بود.
با دیجی اسپارک همراه باشید.
مدار های منطقی را می توان از انواع قطعات الکترونیکی ساخت. مدارات ساخته شده از اجزای سازگار با هم، که به عنوان خانواده منطقی شناخته می شوند. دو عدد از مهم ترین این خانواده ها TTLهستند (transistor-transistor logic / ترانزیستور-ترانزیستور منطقی)، که از ترکیب کردن ترانزیستور های دوقطبی برای ساخت گیت های منطقی استفاده می کنند؛ و CMOS (complementary metal-oxide silicon / مکمل سیلیکون اکسید فلزها) که از ترکیب اکسید ترانزیستورهای اثر میدانی استفاده می کند. MOSFETها به طور ویژه ای برای استفاده در مدارهای مجتمع مناسب هستند چراکه آن ها قدرت کمی را مصرف می کنند. اکثر گیت های منطقی با توجه به مقدار دو ورودی های خود به خاموش و روشن تغییر می کنند. به عنوان مثال یک گیت AND تنها در صورتی که از تمام ورودی های خود سیگنال دریافت کند، سیگنال خروجی را تولید می کند. یک گیت OR در صورتی سیگنال خروجی تولید می کند که از هر یک از ورودی های خود یک سیگنال دریافت کند.
برای بسیاری از برنامه های کاربردی، مدارهای منطقی لازم می باشد که می تواند حالت خاموش و روشن را حفظ کند. ساده ترین مدار، یک مدار دو ترانزیستوری به نام فلیپ-فلاپ (flip-flop) می باشد. آرایه های بزرگ فلیپ-فلاپ و دیگر انواع مدارهای منطقی، برای شکل دادن به مدارهای حافظه –مدارهایی که اطلاعات دیجیتالی را در خود حفظ می کنند- استفاده می شوند. این آرایه ها به عنوان مدارهای مجتمع ساخته شده اند و دو نوع اساسی از آن ها وجود دارد: RAM (حافظه با دسترسی تصادفی) و ROM (حافظه فقط خواندنی).
یک ریزپردازنده یک مدار بسیار پیچیده یکپارچه می باشد که شامل تعداد زیادی از گیت های منطقی است. دروازه ها به انواع مدارهای فرعی تخصصی برای دریافت، پردازش، ذخیره سازی و تقویت کردن داده ها (اطلاعات) به صورت سیگنال های دیجیتال، سازمان یافته اند. چنین مدارهای منطقی ای می توانند برنامه ریزی شوند که با داده ها، در راه های از پیش تعیین شده و به عنوان واحد پردازش مرکزی کامپیوتر کار کنند.
ساده ترین محصولات الکترونیکی از ترکیب مدارهای مختلف با هم ساخته شده اند، که هرکدام عملکرد مخصوصی را بر عهده دارند. مدارهای اساسی مشابه می توانند در اغلب محصولات بکار روند، به عنوان مثال مدار منبع تغذیه یک تقویت کننده صوتی در اصل همان مدار بکار رفته در یک کامپیوتر شخصی می باشد. برخی از مدارها یه گونه ای طراحی شده اند که مانند دستگاهی متکی به خود هستند. بدان معنی که تشکیل واحدی را می دهد که به سادگی در مونتاژ محصولات الکترونیکی متصل می شوند و اگر معیوب شوند، به راحتی می توان آن ها را جایگزین کرد.
در مدارهای متعارف، اجزای فعال و غیرفعال قطعات منحصر به فردی می باشند که توسط سیم به هم اتصال پیدا کردند. ارتباطات در مداهای چاپی تا حد زیادی ساده می باشد. در یک مدار مولفه ها بر برد مستحکمی قرار دارند و توسط نواری فلزی با فرآیند چاپ بر روی برد ثابت می شوند. در مدارهای مجتمع تمامی اجزای مدار تنها بر روی یک تراشه از سیلیکون و یا هر نیمه هادی دیگر قرار دارند. اغلب مدارهای الکترونیکی پیچیده امروزه به عنوان مدارهای مجتمع ساخته می شوند.
مدارهای مجتمع بسیار کوچک هستند -اجزای منحصر به فرد آن ها در اندازه های میکروسکوپی هستند-. تمامی مدار به طور کلی بیشتر از ۱٫۱۶ اینچ (۱٫۶ میلی متر) مربع نیست. مدارهای مجتمع بسیار مطمئن هستند و رد مقایسه با اجزای که می توان جایگزین آن ها کرد، بسیار ارزان می باشند. استفاده از آن ها اندازه کلی تجهیزات الکترونیکی را کاهش داده و همچنین در طراحی محصولات الکترونیکی، به عنوان سیستم هایی متشکل از واحدهای جداگانه که هر یک عملیات مجزایی را انجام می دهند، کمک می کند. این ساخت و ساز روش های تولید، تعمیر و نگه داری را بسیار آسان تر کرده است.
