Logikgatter

Logikgatter sind grundlegende Bausteine der digitalen Logik. Sie führen Boolesche Funktionen auf binären Signalen aus, wobei jeder Eingangspegel 0 oder 1 entspricht und der Ausgang ebenfalls 0 oder 1 ist. Typische Gatter implementieren UND (AND), ODER (OR), NICHT (NOT), exklusives ODER (XOR) sowie deren Abkömmlinge NAND und NOR. Während NOT ein einzelnes Eingangssignal invertiert, verarbeiten UND, ODER und XOR mindestens zwei Eingänge.

Die Funktionsweise wird durch Wahrheitswerte beschrieben, die angeben, welche Ausgangszustände sich aus bestimmten Eingangskombinationen ergeben. Gatter werden in logischen Schaltungen kombiniert, um komplexe Funktionen wie Arithmetik, Speicherung oder Steuerlogik zu realisieren. In der Praxis dominieren zwei Techniken der Implementierung: TTL (Transistortiegel) und CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor); beide liefern stabile Pegel und geringe Leistungsaufnahme.

Universelle Gatter: NAND- und NOR-Gatter lassen sich jeweils allein verwenden, um jede beliebige Boolesche Funktion zu realisieren. Daraus ergibt sich eine flexible Basis für digitale Designs, die oft durch Vereinfachung von Booleschen Ausdrücken oder Schaltungssynthese optimiert wird (z. B. mit Karnaugh-Maps oder Quine–McCluskey-Verfahren).

Anwendungen umfassen Mikroprozessoren, Speicher, digitale Signalverarbeitung und Logiksteuerungen. In der Lehre dienen Logikgatter der Einführung in Boolesche Algebra, Schaltpläne und Entwurfsmethoden für digitale Systeme.