Digitaalilogiikka

Digitaalilogiikka on sähkö- ja tietotekniikan sekä informaatioteknologian ala, joka tutkii digitaalisten tilojen hallintaa ja logiikan toimintoja. Sen keskeisenä mallina on Boolean-algebra, jota käytetään yhdistimien ja muistien toteuttamiseen. Digitaalilogiikassa signaalit oletetaan binäärisiksi arvoiksi 0 ja 1, mikä mahdollistaa tehokkaan, vääristymille vähemmän alttiin laskennan.

Keskeisiä käsitteitä ovat logiikkaportit, kuten AND, OR, NOT sekä niiden johdannaiset NAND-, NOR-, XOR- ja XNOR-portit. Näitä käytetään yhdistämään syötteet halutulla tavalla. Toisaalta tilalogiikka käyttää muistiyksiköitä, kuten flip-floppeja ja latch-yksiköitä, jolloin järjestelmään saadaan säilytettävää tietoa. Yhdistelmälogiikka riippuu vain nykyisistä syötteistä, kun tilalogiikka huomioi myös aiemmat tilat ja tallennettavan tiedon.

Suunnittelussa hyödynnetään totuustauluja ja boolean-algebran yksinkertaistamista (minimointi Karnaugh-karttojen tai Quine–McCluskeyn menetelmillä). Mallintamiseen ja simulointiin käytetään korkean tason kuvauskieliä, kuten VHDL tai Verilog, ja piirien syntetisaatioon sekä ajoajojen analysointiin. Digitaaliset piirit voidaan toteuttaa perinteisillä logiikkaporteilla tai pienoisjohdannaisilla tekniikoilla, kuten muistipiireinä, muistina ja FPGA- tai ASIC-ratkaisuina.

Historiallisesti digitaalisuus sai ensiksi Boolein logiikasta ja transistorien myötä laajasti käytännön sovelluksiin. TTL- ja CMOS-teknologiat mahdollistivat pienikokoisten, nopeasti toimivien digitaaliyksiköiden kehittämisen. Aikakaudella kehittyivät mikroprosessorit, muistipiirit sekä laajamittaiset automaatio- ja kommunikaatiojärjestelmät, joiden suunnittelun perusta on nykyisään digitaalilogiikassa.

Sovellukset ulottuvat tietokoneista ja älypuhelimista aina digitaalisiin ohjausjärjestelmiin, signaalin prosessointiin sekä verkkotekniikoihin. Digitaalilogiikka muodostaa keskeisen pohjan nykyiselle arkkitehtuurille; ohjelmistorajat ja hardware-description-language-työkalut ovat keskeisiä välineitä suunnittelussa.