第四章：简朴逻辑门
简朴逻辑门复习
[*]第一章：需要一台计算机，在研究其构成的方向上举行努力
[*]第二章：知道了计算机由输入装备、存储器、运算器和输出装备构成，这个体系目前还在相沿
[*]第三章：了解了计算机利用二进制（0 和 1）表示全部数据
TL;DR
[*]逻辑门是计算机处理二进制信号的基本单元
[*]三个基础逻辑门：与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）
[*]通过组合这些基本逻辑门，可以实现复杂的计算功能
正文
引言
在前面我们知道了计算机利用二进制，即 0 和 1 来表示数据。只有表示还不够，数据还需要处理。而处理的最基础单元，就是本日所要学习的逻辑门。
逻辑门就像是电路中的“决策者”，它们根据输入的 0 和 1，按照特定的规则输出 0 或 1。看起来很抽象，以为这没什么用，但我们将在背面看到，逻辑门怎样通过特定的连接方式，一步步酿成半加器、加法器、算术逻辑单元直至 CPU。
最基本的三个逻辑门是：与门（and）、或门（or）和非门（not）。
注意， 与或非三种门，其实并不能直接获得 ，需要用晶体管搭建。但由于晶体管电路太过复杂，超出了本指南范围，为简化说明，本指南 以为与或非三门可以直接获得 。读者如有兴趣可以检察本章最后的增补模块，晶体管属于集成电路内容，如无兴趣略过即可，不影响后续学习。
基本逻辑门
与门（AND）
与门的特点是：只有当全部输入都为 1 时，输出才为 1。“全票才通过”。
[*]要打开保险箱，需要同时输入正确的密码 和 利用正确的钥匙
[*]要通过考试，需要理论考试合格 和 实践考试合格
真值表：
输入 A输入 B输出000010100111https://img2024.cnblogs.com/other/3433062/202502/3433062-20250227124701882-1291142751.png
或门（OR）
或门的特点是：只要有恣意一个输入为 1，输出就为 1。“一票就通过”。
[*]要开灯，可以按下楼上的开关 或 楼下的开关
[*]要进入会场，可以利用纸质票 或 电子票
真值表：
输入 A输入 B输出000011101111https://img2024.cnblogs.com/other/3433062/202502/3433062-20250227124703201-2098193183.png
非门（NOT）
非门的特点是：输出与输入相反。
[*]电灯开关：按一下开，再按一下关
[*]主动门：有人靠近时开，没人时关
真值表：
输入输出0110https://img2024.cnblogs.com/other/3433062/202502/3433062-20250227124704400-197817650.png
逻辑门的增补
由基础三门还可构成稍复杂一点的逻辑门：nand（not and 之缩写）、nor（not or 之缩写），分别是与非门、或非门。其结果就是与门、非门的结果取反。
输入 A输入 Band 输出nand 输出or 输出nor 输出000101010110100110111010https://img2024.cnblogs.com/other/3433062/202502/3433062-20250227124706245-588602363.png
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逻辑门的应用
这些基本逻辑门可以组合起来完成更复杂的功能，下几章我们将会看到：
[*]数据选择：利用与门和或门可以构建选择器
[*]数据比力：利用多个逻辑门可以比力两个数的巨细
[*]数据运算：利用逻辑门的组合可以实现加法器
小结
知识点
[*]逻辑门是处理二进制信号的基本单元
[*]与门（AND）：全部输入为 1 时输出 1
[*]或门（OR）：恣意输入为 1 时输出 1
[*]非门（NOT）：输出与输入相反
参考资料
[*]Wikipedia(zh)：数字逻辑门
[*]《编码：隐匿在计算机软硬件背后的语言》第 11 章：逻辑门
[*]《计算机构成与设计：硬件/软件接口》第 4 章：处理器
[*]Wikipedia(zh)：晶体管：当代险些全部电子装备的基石。
[*]Wikipedia(zh)：函数完备性
推荐
[*]Bilibili：MOSFET 快速入门
[*]Bilibili：逻辑门
协议
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封面图
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设计师 | 南国微雪
增补
符号说明：
[*]NMOS 高于 阈值电压导通，低于 阈值电压不导通
[*]PMOS 则相反
[*]Vdd 为供电电压，恒为 1
[*]GND/Vss 为接地电压，恒为 0
[*]接入端 A 和 B 为接入电压，可高可低，高于阈值电压为 1，低于阈值电压为 0
CMOS（互补式金属氧化物半导体）晶体管搭建基础逻辑门的电路图：
[*]非门（not，反相器）
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[*]与非门（nand）
https://img2024.cnblogs.com/other/3433062/202502/3433062-20250227124710029-1414616692.png
[*]与门（可以看出实际上就是 nand + not 两模块构成）
https://img2024.cnblogs.com/other/3433062/202502/3433062-20250227124711149-629634427.png
[*]或门（与上同理，由 nor + not 构成）
https://img2024.cnblogs.com/other/3433062/202502/3433062-20250227124712109-806212392.png
在晶体管的层面，最基础的逻辑门其实是 nand 或者 nor，并非 and、or、not 三门。and 在晶体管层面上其实是 nand + not。or 同理，不过也可以用 nand 搭建。not 最简朴，和 nand/nor 一样可以直接用晶体管搭出来。not 利用 2 个晶体管，而 nand/nor 利用 4 个。
nand 和 nor 两门因自身函数完备性，均可构成基础三门。所以一台计算机可以只由 nand 门或 nor 门构成。
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