مدار منطقی در سخت افزار چیست؟

مدار منطقی واژه ای است که به طور حتم بسیاری از شما عزیزان بارها آن را شنیده و یا با آن برخورد داشته اید. این درس در رشته کامپیوتر و تمامی گرایش ها، و در رشته الکترونیک نیز تدریس می شود. اما در صورتی که تجربه آنها را در محیط آکادمیک نداشته اید، در این مطلب به طور خلاصه، شفاف و ساده آن را توضیح خواهیم داد. با ما همراه باشید.

مدار منطقی تقریبا در تمامی سیستم های دیجیتال امروزی خصوصا سیستم های کامپیوتر و سخت افزاری یافت می شود. در سیگنال دیجیتال، یک دروازه منطقی یا گیت منطقی (Logical gate) روی یک یا دو ورودی منطقی عملیات منطقی انجام می‌دهد و سرانجام یک خروجی منطقی را تولید می‌کند. این منطق معمولا طبق منطق بولی است که به طور مشترک در تمام مدارهای دیجیتالی یافت می‌شود.  و اما منطق بولی چیست؟ در ریاضیات و به خصوص در منطق ریاضی، جبر بولی زیر مجموعه‌ای از جبر است که در آن مقدار متغیرها، درست یا غلط است که در علوم کامپیوتر و دیجیتال همان قطع/وصل و یا 1/0 است. گیت‌های منطقی عمدتاً از قطعات الکترونیکی مانند دیودها و ترانزیستورها تشکیل می‌شوند، ولی ممکن است از قطعات الکترومغناطیسی مانند رله‌ها، قطعات اپتیکال یا حتی مکانیکی ساخته شوند.گیت های منطقی از مبنای دودویی یا همان اعداد باینری پیروی می کنند. در نتیجه آنها را بیشتر در مدارات دیجیتال می بینیم و یا حتی بخشی از یک مدار آنالوگ که به صورت دیجیتال کار می کند. یک مادربرد مملو از مدارات منطقی است.

در مدارات منطقی ورودی و خروجی ها تنها منطق وجود و یا عدم وجود را قبول می کنند؛ این بخش در هر مقوله می تواند نام خاص خود را داشته باشد. به عنوان مثال در برنامه نویسی، سخت افزار، الکترونیک، پایگاه داده و… با عناوینی همچون خاموش / روشن – بالا (H) / پایین (L) – یک / صفر – درست (T) / غلط (F) – مثبت / منفی – مثبت / زمین – مدار باز / مدار بسته – YES / NO. یک مدار مجتمع و یا یک CPU دارای هزاران و حتی میلیون ها مدار منطقی است؛ مدارت منطقی آن را ترانزیستورها تشکیل می دهند.

مدار منطقی عمدتا در قطعاتی عرضه می گردد که در خانواده نیمه هادی ها قرار می گیرند. بدیهی است که نمی‌توان دو خروجی را با هم به یک ورودی متصل نمود چرا که در این صورت سطوح ولتاژی به وجود خواهد آمد که خارج از محدوده منطقی خواهد بود. در صورتی که این اتفاق به طور ناخواسته انجام گیرد، به آن اتصال کوتاه گفته می شود که می تواند باعث از بین رفتن مدار گردد! شایان ذکر است که هر گیت جهت کار نیازمند سطح معینی از ولتاژ است. در صورتی که مقالات وب سایت سخت افزار را در حوزه آموزش مطالعه نمائید، به طور حتم با واژه هایی همچون “ولتاژ راه انداز” برخورد داشته اید؛ قطعات دیجیتالی جهت کار نیازمند شارش ولتاژ منفی و یا مثبت هستند. این ولتاژ می تواند در طول کار قطعه و یا بخشی از مدار، تغییر نماید.

با این وجود برای راه اندازی بخش و قطعه مورد نظر به طور حتم نیازمند ولتاژ راه اندازه هستیم. در شماتیک های فنی، ولتاژ راه انداز و مورد نیاز گیت ها درج می گردد. پس مدار منطقی به مداری گفته می شود که ورودی و خروجی های آن تنها وجود و یا عدم وجود را قبول کرده و از فناوری دو دویی و یا همان 0/1 خودمان بهره می برند.