( بوابة تستقبل قيمة واحدة كمُدخل وتنتج قيمة واحدة كمُخرج وتقوم بعكس المدخل )
البوابة المنطقية ذات القيمة الواحدة
البوابة المنطقية هي جهاز رقمي يقوم بتنفيذ عملية منطقية على مدخلات متعددة لإنتاج مخرج واحد. البوابة المنطقية ذات القيمة الواحدة هي بوابة خاصة تستقبل قيمة واحدة فقط كمُدخل وتنتج قيمة واحدة كمُخرج. وهي تقوم بعكس المدخل، مما يعني أنها تُحوِّل 0 إلى 1 و1 إلى 0.
أنواع البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة
هناك نوعان رئيسيان من البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة:
بوابة عاكس (NOT): هي أبسط بوابة منطقية ذات القيمة الواحدة. وهي تنتج ناتجًا معكوسًا للمدخل، أي أنها تُحوِّل 0 إلى 1 و1 إلى 0.
بوابة ثلاثية الحالة (Tri-State): وهي بوابة أكثر تعقيدًا والتي يمكنها إنتاج ثلاثة مُخرجات: 0 و1 والحالة عالية الممانعة (High-Impedance). تُستخدم البوابات ثلاثية الحالة في أنظمة الحافلات لتحديد الجهاز الذي يمكنه الوصول إلى الحافلة في أي وقت.
مبدأ عمل بوابة عاكس (NOT)
تتكون بوابة عاكس (NOT) عادةً من ترانزستور واحد. عندما يكون المدخل منخفضًا (0)، يكون الترانزستور في حالة توصيل، مما يسمح بتدفق التيار إلى المخرج، وبالتالي إنتاج خرج مرتفع (1). عندما يكون المدخل مرتفعًا (1)، يكون الترانزستور في حالة قطع، مما يمنع تدفق التيار إلى المخرج، وبالتالي إنتاج خرج منخفض (0).
مبدأ عمل بوابة ثلاثية الحالة (Tri-State)
تتكون بوابة ثلاثية الحالة (Tri-State) عادةً من ترانزستورين بالإضافة إلى دائرة تحكم. عندما يكون مدخل التحكم مرتفعًا (1)، تعمل البوابة كبوابة عاكس عادية. عندما يكون مدخل التحكم منخفضًا (0)، يدخل الترانزستور الثاني في وضع التشبع، مما يضع المخرج في حالة عالية الممانعة. وهذا يعني أن المخرج سيكون مفتوحًا فعليًا ولا سحب أي تيار.
تطبيقات البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة
تُستخدم البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
عكس الإشارات: تُستخدم البوابات العاكسة لعكس إشارات المنطق، مما قد يكون ضروريًا في بعض الدوائر.
تحديد الحافلات: تُستخدم البوابات ثلاثية الحالة لتحديد الأجهزة التي يمكنها الوصول إلى الحافلات في أنظمة الحافلات.
التخزين المؤقت للبيانات: تُستخدم البوابات ثلاثية الحالة أيضًا لتخزين البيانات مؤقتًا في السجلات والذاكرة.
التحكم في الإشارات: تُستخدم البوابات ذات القيمة الواحدة للتحكم في الإشارات في الدوائر الرقمية، مثل السماح أو حظر الإشارات من المرور.
الاختبار والتشخيص: تُستخدم البوابات ذات القيمة الواحدة في اختبار وتشخيص الدوائر الرقمية، مثل التحقق من وظائف العاكسات والحافلات.
مميزات البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة
البساطة: البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة هي أجهزة بسيطة نسبيًا لتصميمها وبنائها.
السرعة: تُعد البوابات ذات القيمة الواحدة سريعة جدًا، حيث يمكنها تبديل الحالات في غضون بضعة نانو ثانية.
كفاءة الطاقة: تستهلك البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة قدرًا ضئيلًا من الطاقة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تعمل بالبطاريات.
الموثوقية: البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة أجهزة موثوقة للغاية، حيث يمكنها العمل لسنوات دون أي مشاكل.
عيوب البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة
الوظيفة المحدودة: البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة لها وظيفة محدودة، حيث لا يمكنها تنفيذ سوى عمليات منطقية بسيطة.
التأخير الانتشاري: يوجد تأخير انتشاري صغير في البوابات ذات القيمة الواحدة، مما يعني أن هناك تأخيرًا زمنيًا بين تغيير المدخل وتغيير المخرج.
التكلفة: يمكن أن تكون البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة أكثر تكلفة من البوابات المنطقية متعددة القيم بسبب تعقيدها النسبي.
خاتمة
البوابات المنطقية ذات القيمة الواحدة هي أجهزة رقمية أساسية تُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات. وهي بسيطة وسريعة وكفاءة في استخدام الطاقة وموثوقة. ومع ذلك، فإن لها وظيفة محدودة وتأخير انتشار وتكلفة أعلى نسبيًا.