Porta logica: differenze tra le versioni

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[[File:TexasInstruments 7400 chip, view and element placement.jpg|thumb|Schema circuitale e fotografia di un [[circuito integrato|integrato]] contenente porte logiche NAND]]

Una '''porta logica''', in [[elettronica digitale]] e [[informatica]], è un [[circuito digitale]] in grado di [[implementare]] (cioè di realizzare, simulandone la "logica matematica" mediante opportuni controlli su [[segnale elettrico|segnali elettrici]]) una particolare [[operazione logica]] di una o più [[Variabile booleana|variabili booleane]].

== Descrizione ==

In base al numero di ingressi, che rappresentano il numero di variabili che una porta logica può ricevere in input, le porte logiche si possono classificare in:

* porte a due variabili: [[AlgebraPorta Booleana#AND|AND]], [[AlgebraPorta Booleana#OR|OR]], E[[Algebra Booleana#XOR|XOR]], [[AlgebraPorta logica Booleana#NOR|NOR]], [[AlgebraPorta Booleana#NAND|NAND]] e E[[Algebra Booleana#XNOR|XNOR]];

* porte a singola variabile: [[Invertitore|NOT]] e [[Buffer non invertente|BUFFER]].

In particolare le porte OR, AND e NOT costituiscono un insieme funzionalmente completo: attraverso gli operatori logici che implementano è possibile generare qualsiasi [[Logica matematica|funzione logica]].

Si notinota che le operazioni [[Algebra Booleana#NAND|NAND]] e [[Algebra Booleana#NOR|NOR]] costituiscono un insieme funzionalmente completo di operatori logici, ovvero consentono di rappresentare qualunque funzione logica possibile<ref>{{cita libro|nome=Charles|cognome=Kime|titolo=Reti logiche|anno=2002|editore=Pearson|url=http://books.google.it/books?id=s-QIrLwgnLoC&pg=PA74&lpg=PA74&dq=circuiti+nand+nor&source=bl&ots=fucjHPs77j&sig=0psvi7xlfShtfErv0PKyLlKqoF4&hl=it&sa=X&ei=Lc3hUcCsMIGstAasyYHYDA&ved=0CG8Q6AEwCw#v=onepage&q=circuiti%20nand%20nor&f=false}}</ref>. Comunque all'atto pratico, la scelta dei tipi di porta da utilizzare è determinata dalla necessità di minimizzare il numero di package necessari al circuito; ad esempio, se nella stesura finale dello [[schema elettrico]] di un progetto mancasse solo una porta NOT e fosse ancoraesempiciiaocora disponibile una delle quattro porte NAND contenute in un [[package (elettronica)|package]], si realizza la porta NOT mancante, unendo gli ingressi della NAND disponibile, sfruttandola come NOT, risparmiando così un package.

Anche se nella pratica poco usate, esistono porte logiche [[Pneumatica (scienza)|pneumatiche]]<ref>[http://www5.indire.it:8080/set/informazione/didattica/B3/operatori.htm Le Funzioni Logiche<!-- Titolo generato automaticamente -->] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130705143144/http://www5.indire.it:8080/set/informazione/didattica/B3/operatori.htm |data=5 luglio 2013 }}</ref> e [[nanotecnologia del DNA|porte logiche molecolari]] che utilizzando DNA come input/output<ref>{{cita pubblicazione|nome=Milan N.|cognome=Stojanovic|coautori=Tiffany Elizabeth Mitchell, Darko Stefanovic|url=https://digamma.cs.unm.edu/wiki/bin/view/McogPublicWeb/MolecularLogicGates|titolo=Molecular Logic Gates|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20100618033006/https://digamma.cs.unm.edu/wiki/bin/view/McogPublicWeb/MolecularLogicGates|dataarchivio=18 giugno 2010}}</ref>.

=== Porte Open collector ===

{{vedi anche|Open collector}}

Alcune porte logiche hanno la loro uscita configurata elettricamente in modo particolare, sono definite [[open collector]], ovvero a collettore aperto. In questi dispositivi, il collettore del [[transistor]] costituente l'uscita della porta non è collegato al positivo dell'alimentazione, ma è ''volante'' rispetto al circuito interno. Questa configurazione permette di utilizzare la porta per pilotare direttamente dispositivi vari, quali [[relè]], [[LED]], ecc, sempreché il valore di corrente assorbita dal dispositivo pilotato sia compatibile con quello fornito dal transistor di uscita. Un vantaggio ulteriore è costituito dal valore di tensione accettato dal transistor, normalmente superiore a quella di alimentazione del circuito integrato, pertanto, in un circuito composto da dispositivi [[transistor-transistor logic|TTL]] alimentato a 5 volt, utilizzando una porta open collector, è possibile per esempio, ottenere un'onda quadra di ampiezza 12 o più volt, prelevandola dal collettore opportunamente collegato tramite una [[resistenza pull-up]] ad una tensione positiva del valore desiderato, oppure pilotare un relè, collegando uno dei capi della sua [[bobina]] sull'uscita della porta, e l'altro capo all'alimentazione positiva, di valore adeguato al suo funzionamento. Una delle porte più comuni, ampiamente utilizzata, definita ''HEX INVERTER BUFFER DRIVER'' (6 NOT in un package) è il [[serie 7400|7406]]. Una regola generale, piuttosto importante ai fini di preservare il circuito realizzato da eventuali momentanei disturbi casuali, è di collegare a [[massa (elettronica)|massa]] gli ingressi delle porte rimaste inutilizzate nei vari package (in particolare le porte [[CMOS]]).

== Tabelle delledella verità ==

Le tabelle didella verità sono un metodo semplice per capireanalizzare tutte le possibili combinazioni che possiamo avere in ingresso-uscita.

=== AND ===

{{vedi anche|CongiunzionePorta logicaAND}}

[[File:AND ANSI Labelled.svg|thumb|Porta logica AND]]

AND è una porta logica che riceve in ingresso almeno due valori e restituisce 1 solo se tutti i valori di ingresso hanno valore 1.

Viene chiamata in italiano "porta di necessità" perché appunto NECESSITA che i valori in entrata siano uguali affinché il valore d'uscita sia verificato. Il valore uscente si può trovare tramite la formula Y=A*B in cui Y è l'output, con tre input Y=A*B*C e così via.<br />

Segue la tavola di verità:

{| class="wikitable"

{| class="wikitable"

|- bgcolor="#ddeeff" align="center"

|colspan=2|'''INPUT''' || '''OUTPUT'''

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=== NAND ===

{{vedi anche|Porta NAND|Operatore di Sheffer}}

[[File:NAND ANSI Labelled.svg|thumb|Porta NAND]]

Al contrario la porta NAND restituisce la negazione di una porta AND, quindi restituisce 1 quando negli ingressi è presente lo 0, e 0 solo quando tutti i valori in ingresso sono 1. Il valore uscente si può trovare tramite la formula Y=1-(A*B) in cui Y è l'output, con tre input Y=1- (A*B*C) e così via.<br />

Al contrario la porta NAND restituisce la negazione di una porta AND, quindi restituisce 1 quando negli ingressi è presente lo 0, e 0 solo quando tutti i valori in ingresso sono 1. Il valore uscente si può trovare tramite la formula Y=1-(A*B) in cui Y è l'output, con tre input Y=1- (A*B*C) e così via.<br />

Segue la tavola di verità:

{| class="wikitable"

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=== OR ===

{{vedi anche|DisgiunzionePorta logica OR}}

[[File:OR ANSI Labelled.svg|thumb|Porta OR]]

OR è una porta logica che riceve in ingresso almeno 2 valori e restituisce 1 se almeno un valore di ingresso ha valore 1.

VieneOR chiamata inè italianouna "porta dilogica sufficienza"che perchériceve appuntoin è SUFFICIENTE cheingresso almeno uno dei [due o più] valori ine entratarestituisce sia1 verificatose affinchéalmeno ilun valore indi uscitaingresso siaha valore vero1.<br/>

Viene chiamata in italiano "porta di sufficienza" perché appunto è SUFFICIENTE che almeno uno dei [due o più] valori in entrata sia verificato affinché il valore in uscita sia vero.

Segue la tabella di verità: <br/>

Segue la tabella di verità: <br/>

{| class="wikitable"

|- bgcolor="#ddeeff" align="center"

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=== NOR ===

[[File:NOR{{vedi ANSI.svg|thumbanche|Porta logica NOR]]}}

[[File:NOR ANSI Labelled.svg|thumb|Porta NOR]]

Al contrario la porta NOR restituisce la negazione di una porta OR e quindi restituisce 1 solo quando tutti i valori in ingresso sono 0.<br />

Al contrario la porta NOR restituisce la negazione di una porta OR e quindi restituisce 1 solo quando tutti i valori in ingresso sono 0.<br />

Segue la tavola di verità:

{| class="wikitable"

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=== EXOR ===

{{vedi anche|Disgiunzione esclusiva}}

[[File:XOR ANSI Labelled.svg|thumb|Porta EXOR o XOR]]

EXOR (EXclusive OR) è una porta logica che riceve in ingresso "n" valori e restituisce "1" in uscita se, e solo se, vi è almeno un ingresso che differisce dagli altri.<br />

EXOR (o XOR)-(EXclusive OR) è una porta logica che riceve in ingresso almeno 2"n" valori e restituisce "1" in uscita se, almenoe unsolo valorese, divi è almeno un ingresso hache valoredifferisce 1dagli altri.

Segue la tavola di verità di una porta XOR a "n=2" ingressi:

{| class="wikitable"

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|colspan=2|'''INPUT''' || '''OUTPUT'''

|- bgcolor="#ddeeff" align="center"

| A || B || o <math>{A\bar{B} o+\bar{A} B}</math>

|- bgcolor="#ddffdd" align="center"

|0 || 0 || 0

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=== EXNOR ===

[[File:XNOR{{vedi ANSI.svg|thumbanche|Porta logica XNOR]]}}

[[File:XNOR ANSI Labelled.svg|thumb|Porta XNOR]]

EXNOR (EXclusive NOR) è una porta logica che riceve in ingresso "n" valori e restituisce "1" in uscita se, e solo se, tutti gli ingressi hanno il medesimo valore logico. In breve, è equivalente alla negazione della porta EXOR (eXclusive OR).

<br />

Segue la tavola di verità di una porta EXNOR a "n=2" ingressi:

{| class="wikitable"

Riga 128 ⟶ 144:

|colspan=2|'''INPUT''' || '''OUTPUT'''

|- bgcolor="#ddeeff" align="center"

| A || B ||<math>{AB o +\bar{A o }\bar{B} neg.}</math>

|- bgcolor="#ddffdd" align="center"

|0 || 0 || 1

Riga 141 ⟶ 157:

=== NOT ===

{{vedi anche|Invertitore}}

[[File:NOT ANSI Labelled.svg|thumb|Porta logica NOT]]

Porta logica che inverte il segnale in ingresso.<br />

Questa porta logica ha un solo ingresso ed una uscita che sarà 1 se l'ingresso è 0 o 0 se l'ingresso è 1. <br />

Segue la tavola di verità:

Porta logica che inverte il segnale in ingresso. Questa porta logica ha un solo ingresso ed una uscita che sarà 1 se l'ingresso è 0 o 0 se l'ingresso è 1. <br />

Segue la tavola di verità:

{| class="wikitable"

|- bgcolor="#ddeeff" align="center"

Riga 158 ⟶ 174:

Tuttavia questa tavola di verità è a volte rappresentata con due elementi superflui rappresentanti gli ingressi identici:

{| class="wikitable"

|- bgcolor="#ddeeff" align="center"

Riga 175 ⟶ 190:

=== BUFFER ===

{{vedi anche|Algebra di Boole#Buffer}}

Porta logica che non varia il segnale di entrata.

[[File:Buffer ANSI Labelled.svg|thumb|Porta logica BUFFER]]

Porta logica che non varia il segnale di entrata. Questa porta logica ha un solo ingresso e una sola uscita che sarà 1 se l'ingresso è 1 e 0 se l'ingresso è 0.

{| class="wikitable"

{| class="wikitable"

|'''INPUT'''

| '''OUTPUT'''

Riga 194 ⟶ 210:

== Porte universali ==

Con le porte logiche AND, OR e NOT è possibile realizzare qualsiasi [[Algebra di Boole#Funzioni booleane|funzione booleana]]: si dice anche che {AND,OR,NOT} è un ''insieme funzionalmente completo''<ref>{{Cita web|url=http://www.micro.dibe.unige.it/maurizio_valle/Elettronica_Industriale_1/Capitolo%205.pdf|titolo=Algebra di boole|3=luglio 2013|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130301042323/http://www.micro.dibe.unige.it/maurizio_valle/Elettronica_Industriale_1/Capitolo%205.pdf|dataarchivio=1º marzo 2013}}</ref>.

Si può verificare facilmente che la porta NAND da sola e la porta NOR da sola, costituiscono due insiemi funzionalmente completi: la NAND è definita come NOT-AND, per questo negando una NAND si può ottenere una AND; utilizzando il [[teoremi di De Morgan|teorema di De Morgan]] abbiamo che:

Riga 211 ⟶ 227:

== Note ==

<references />

== Bibliografia ==

* {{RivistaVG|mc|63|182-186|05|1987|titolo=And, Or, Not|autore=Andrea de Prisco|html=https://www.digiTANTO.it/Articoli/AppuntiDiInformatica18.htm}}

== Voci correlate ==

{{Div col}}

* [[Algebra Booleana]]

* [[Connettivo logico]]

* [[PortaCongiunzione logica OR]]

* [[PortaDisgiunzione logica AND]]

* [[Disgiunzione esclusiva]]

* [[Invertitore]]

* [[Mappa di Karnaugh]]

* [[Elettronica digitale]]

* [[Top view]]

* [[Porta logica AND]]

* [[Porta logica OR]]

* [[Porta logica NAND]]

* [[Porta logica NOT]]

* [[Porta logica NOR]]

* [[Porta logica XOR]]

* [[Porta logica XNOR]]

* [[Porta quantistica]]

* [[Edge triggered]]

* [[Rete logica]]

* [[Parametron]]{{Div col end}}

== Altri progetti ==

{{interprogetto|v=Porte logiche di base e Algebra di Boole|preposizione=sulla|wikt=porta logica|wikt_etichetta=porta logica}}

== Collegamenti esterni ==

* {{Collegamenti esterni}}

* {{FOLDOC|logic gate|logic gate}}

{{Elettronica digitale}}

{{Controllo di autorità}}

{{Portale|informatica|matematica|scienza e tecnica|tecnologia}}

[[Categoria:Elettronica digitale]]