logiikkalaitteet

Logiikkalaitteet ovat digitaalisia elektronisia komponentteja tai piirejä, jotka suorittavat loogisia operaatioita ja käsittelevät binäärisiä signaaleja (0 ja 1). Ne perustuvat Booleanin algebraan ja muodostavat digitaalisen logiikan perusosat, joita käytetään tietokoneiden, ohjausjärjestelmien sekä erilaisten automaatio- ja mittausjärjestelmien toiminnassa. Tukevat määrityksiä ja luotettavaa suorituskykyä sekä pienentäneet tehonkulutusta ovat keskeisiä tavoitteita.

Yleisimmät logiikkalaitteet ovat loogiset portit kuten AND, OR, NOT sekä niiden yhdistelmät NAND, NOR, XOR ja XNOR. Näistä voidaan rakentaa sekä yksinkertaisia että monimutkaisempia verkoja ja suorittaa yhdistelmälaskentaa. Sekvensiaalinen logiikka käyttää muistielementtejä, kuten latchit ja flip-flopit, jolloin piiri voi muistaa aiemman tilan. Muita keskeisiä rakennuspalikoita ovat multiplexerit, demultiplexerit, dekooderit, kooderit sekä rekisterit ja laskurit.

Logiikkalaitteet voidaan toteuttaa erillisinä komponentteina tai integroitujen piirejen osina. Nykyisin yleisintä on CMOS-teknologia, mutta käytössä on myös TTL sekä muita valmistusprosesseja. Suurissa järjestelmissä logiikkaa toteutetaan usein FPGA- tai ASIC-piireissä, jolloin voidaan toteuttaa laajia, nopeita ja energiatehokkaita ratkaisuja. Logiikan suunnittelussa käytetään korkeamman tason kieliä kuten VHDL tai Verilog sekä simulointia ja syntetisaatiota.

Keskeisiä suorituskykymittareita ovat viive (propagaatioaika), maksimitaajuus, virrankulutus, kapasitaatio ja virransyötön taso sekä tasaisuus ja luotettavuus. Lisäksi suunnittelussa huomioidaan fan-out, lämpötilaherkkäisyys ja tuotantohyödyt. Logiikan suunnittelu voidaan toteuttaa käyttämällä totuustauluja, Karnaugh-karttoja sekä modernimpia logiikkageneraattoreita ja hardware description languages.

Logiikkalaitteita käytetään kaikissa digitaalisissa järjestelmissä: suorittimien ja muistien rakennuspalikoina, loogisen ohjauksen toteutuksessa, mittaus- ja talteenottoprosesseissa sekä verkkokommunikaatiossa. Ne ovat perustekijä tietokoneiden arkkitehtuurissa ja automatisoidussa tuotannossa.