Logikgatter
Logische Bausteine
Logische Gatter, (auch Logikbausteine, Logische Grundverknüpfungen) sind elektronische Bauteile, die unter bestimmten binären Eingangsbedingungen einen bestimmten Ausgangswert erzeugen. Es gibt verschiedene unterschiedliche Bausteintypen, die alle eine bestimmte logische Funktion besitzen. So kann ein Logikgatter als eine Art Schalter gesehen werden.
Logikgatter in der Praxis
Logikgatter werden meist in der Computertechnik bei Hardwarelösungen eingesetzt, da sie sehr schnell sind. Dies liegt meist daran, dass logische Gatter hauptsächlich aus Halbleitern bestehen und daher also keine machanischen Bauteile besitzen. Auch bei einfachen Techniklösungen werden meist Logikgatter eingesetzt. So muss ein Mitarbeiter in Industriebetrieben an einer Presse meist zwei Knöpfe gleichzeitig drücken, um sicherzustellen, dass sich keine Hand in dem Gefahrenbereich befindet.
Integrated Circuits
Als Integrated Circuit (= "Integrierter Stromkreislauf") oder Gate Array versteht man ein elektronisches Bauteil, welches meist logische Gatter beinhaltet, die über seine I/O-Ports angesteuert und ausgelesen werden können. Man kann also sagen, ein IC ist eine Sammlung von Logikgattern in einem Bauteil.
Grundbausteine
Zu den Grundbausteinen gehören die Bausteine AND | OR | NOT. Alle Logikgatter bestehen aus verschiedenen Kombinationen der Grundbausteine. Die übrigen logischen Gatter sind entweder nur geringfügige Abwandlungen oder Inversionen der Grundbausteine. Die logischen Grundbausteine sind wesentlich, um die Funktionalität der logischen Gatter zu vestehen. Mehr dazu auf der Seite Grundbausteine.
Universalbausteine
Unter dem Begriff "Universalbaustein" versteht man ein logisches Gatter, welches benutzt werden kann, um andere logische Gatter darzustellen. Ähnlich wie die Grundbausteine können diese Bausteine in verschiedenen Kombinationen miteinander verknüpft die komplette funktionsweise eines anderen logischen Gatters ersetzen. Allerdings werden nicht - wie bei der Verwendung von Grundbausteinen unterschiedliche Gattertypen verwendet, sondern lediglich ein einziger. Hierfür eignen sich die Bausteine der Arten NAND und NOR.
Schreibweisen von Logikgattern
Logikgatter können durch sogenannte Wahrheitstabellen beschrieben werden. Diese zeigen die Ausgangswerte der Gatter bei bestimmten Kombinationen der Eingangswerte. Des weiteren kann ein einfaches Blockschaltzeichen (bestimmtes Quadrat mit I/O-Linien) benutzt werden, um einen Logikbaustein einer bestimmten Schaltungsart zu beschreiben. Es gibt auch eine sog. Bool'sche Formel, deren bool'sches Schaltzeichen die Art des Logikgatters ausrücken kann. Zusätzlich kann ein Stromlaufplan bei der Bestimmung des logischen Gatters behilflich sein.
Realisierung durch Benutzung von NAND / NOR
Da ein IC immer eine bestimmte Anzahl gleicher Bauteile (zB. AND, NOR, OR, usw) besitzt, wäre es verschwenderisch, wenn man zB. für ein einzelnes AND-Gate einen eigenen IC verwenden würde. Also werden bei größeren Schaltungen NOR- oder NAND-Gatter verwendet, um andere logische Gatter (wie zB. AND, OR) darzustellen. So benötigt man zB. dann für ein AND-Gatter zwei NAND-Gatter. Man kann also einen Baustein, der 4 NAND-Gatter hat, verwenden, um 2 AND-Gatter zu realisieren. Man kann somit jede logische Schaltung allein durch NAND- oder NOR-Bausteine aufbauen.