Una puerta lógica es un modelo idealizado de computación o dispositivo electrónico físico que implementa una función booleana , una operación lógica realizada en una o más entradas binarias que produce una única salida binaria. Dependiendo del contexto, el término puede referirse a una puerta lógica ideal , una que tiene, por ejemplo, un tiempo de subida cero y un abanico ilimitado , o puede referirse a un dispositivo físico no ideal [1] (ver Operación ideal y real). amperios para comparar).
Las puertas lógicas se implementan principalmente mediante diodos o transistores que actúan como interruptores electrónicos , pero también se pueden construir utilizando tubos de vacío , relés electromagnéticos ( lógica de relé ), lógica fluídica , lógica neumática , óptica , moléculas o incluso elementos mecánicos . Con la amplificación, las puertas lógicas se pueden conectar en cascada de la misma manera que se pueden componer las funciones booleanas, lo que permite la construcción de un modelo físico de toda la lógica booleana y, por lo tanto, todos los algoritmos y las matemáticas. que se puede describir con lógica booleana.
Los circuitos lógicos incluyen dispositivos tales como multiplexores , registros , unidades lógicas aritméticas (ALU) y memoria de computadora , hasta microprocesadores completos , que pueden contener más de 100 millones de puertas. En la práctica moderna, la mayoría de las puertas están hechas de MOSFET ( transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico ).
Las puertas lógicas compuestas AND-OR-Invert (AOI) y OR-AND-Invert (OAI) se emplean a menudo en el diseño de circuitos porque su construcción utilizando MOSFET es más simple y más eficiente que la suma de las puertas individuales. [2]
Un sistema lógico funcionalmente completo puede estar compuesto por relés , válvulas (tubos de vacío) o transistores . La familia más simple de puertas lógicas usa transistores bipolares y se llama lógica resistor-transistor (RTL). A diferencia de las puertas lógicas de diodos simples (que no tienen un elemento de ganancia), las puertas RTL se pueden conectar en cascada indefinidamente para producir funciones lógicas más complejas. Las puertas RTL se utilizaron en los primeros circuitos integrados . Para mayor velocidad y mejor densidad, las resistencias utilizadas en RTL fueron reemplazadas por diodos, lo que resultó en una lógica de diodo-transistor (DTL). Lógica transistor-transistor(TTL) luego suplantó a DTL. A medida que los circuitos integrados se volvieron más complejos, los transistores bipolares fueron reemplazados por transistores de efecto de campo más pequeños ( MOSFET ); consulte PMOS y NMOS . Para reducir aún más el consumo de energía, la mayoría de las implementaciones de chips actuales de los sistemas digitales utilizan ahora lógica CMOS . CMOS utiliza dispositivos MOSFET complementarios (tanto de canal n como de canal p) para lograr una alta velocidad con baja disipación de energía.
Para la lógica a pequeña escala, los diseñadores ahora usan puertas lógicas prefabricadas de familias de dispositivos como la serie TTL 7400 de Texas Instruments , la serie CMOS 4000 de RCA y sus descendientes más recientes. Cada vez más, estas puertas lógicas de función fija están siendo reemplazadas por dispositivos lógicos programables , que permiten a los diseñadores empaquetar muchas puertas lógicas mixtas en un solo circuito integrado. La naturaleza programable en campo de los dispositivos lógicos programables como los FPGAha reducido la propiedad "dura" del hardware; Ahora es posible cambiar el diseño lógico de un sistema de hardware reprogramando algunos de sus componentes, lo que permite cambiar las características o la función de una implementación de hardware de un sistema lógico. Otros tipos de puertas lógicas incluyen, pero no se limitan a: [3]