Logiikkakytkentöjä

Logiikkakytkentöjä ovat digitaalisia piiristöjä, joissa loogiset portit ja niiden välinen johdotus toteuttavat tietyt booleenifunktiot. Niitä rakennetaan sekä erillisillä kytkimillä että integroiduilla piireillä, ja niitä kuvataan tavallisesti booleenilausekkeina sekä totuustaulukoilla.

Logiikkakytkentöjä jaetaan pääosin kahteen tyyppiin: combinational-logiikkaan ja sekventiaaliseen logiikkaan. Combinational-logiikka tuottaa tuloksen riippumatta aikaisemmista tiloista, pelkästään nykyisistä syötteistä. Sekventiaalinen logiikka käyttää muistielementtejä, kuten flip-floppeja, ja sen toiminta voi riippua aikaisemmista tiloista sekä kellon ajoituksesta.

Suunnittelussa logiikkakytkentöjä voidaan lähestyä seuraavasti: määritellään haluttu toiminto, laaditaan totuustaulukko, johdetaan Boole’n algebraa tai Karnaugh-karttoja hyödyntäen minimilauseke, ja toteutetaan porttien avulla tai korkeamman tason kuvausten perusteella (HDL), kuten VHDL tai Verilog. Tämän lisäksi voidaan käyttää optimointistrategioita kuten Quine–McCluskey -menetelmiä.

Teknologiselta taholta logiikkakytkentöjä toteutetaan pääasiassa CMOS- tai TTL-teknologioilla. Ominaisuuksiin vaikuttavat viiveet, virrankulutus, kapasiteetti ja fan-out. Nykyään ne suunnitellaan sekä FPGA-että ASIC-ympäristöihin, ja niiden toimintaa testataan sekä simuloinnilla että fyysisessä laitteistossa.

Sovelluksia löytyy monista digitaalisista järjestelmistä: laskimet, rekisterit ja siirto-/ohjauslogiikka, dekooderit, multiplexers ja adderaattorit sekä muistiyksiköt. Logiikkakytkentöjä käytetään aina, kun tavallinen ohjelmointi tai muistitoiminnallisuus ei sovellu, ja ne muodostavat digitaalisen järjestelmän perusfunktiot.