課堂復習：

硅原子的最外層有四個電子，兩個硅原子（理想情況）之間會形成共價鍵，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且不易導電。通過摻雜磷元素來增加電子，摻雜硼元素增加空穴，可以使其導電性上升。在純硅中的相鄰區(qū)域分別摻雜磷和硼可以構(gòu)成PN結(jié)，也是二極管只能正向?qū)ǖ男再|(zhì)。

在純硅中摻雜這樣的結(jié)構(gòu)，再加上電路，可以得到NMOS（用電壓控制的開關(guān)）。

電路符號：

給G極加正向偏壓，當電壓高于閾值電壓時，可以導通；低于閾值電壓時不導通。

如果在摻雜時把N區(qū)和P區(qū)反過來，再把柵極的正負極換個方向，給G極施加反向電壓，就可以得到一個PMOS。

電壓高于閾值電壓時不導通，低于閾值電壓時導通，它和NMOS的性質(zhì)完全相反。

為了理解，我們把高于閾值電壓和低于閾值電壓簡稱為高壓和低壓。

把NMOS和PMOS連接起來就可以得到一個CMOS。

一個CMOS就是一個最基礎(chǔ)的邏輯門——非門。主要作用就是對輸入數(shù)據(jù)取反。

非門的工作原理：

• VDD：整個電路的正極供電，高電位（相對于整個電路）
• VSS：構(gòu)成回路的負極接地，低電位/0電位（相對于整個電路）

A輸入高壓時，PMOS不導通，NMOS導通。相當于Y接到了VSS上，輸出相對低電壓。

A輸入低壓時，PMOS導通，NMOS不導通，相當于Y接在了VDD上，輸出相對高電壓。

這時我們規(guī)定，相對高壓是1，相對低壓是0，那么A輸入1，Y就輸出0；A輸入0，Y就輸出1，這就是非門的原理。

（書記員的拓展知識：數(shù)學公式里“非”的邏輯表達式：F=ā 編程語言里的“非”符號：! ）

除了非門之外，或門和與門也很常見。

或門：

或門有兩個輸入和一個輸出，任意其一輸入為1則輸出1，兩者都為0才輸出0。

工作原理：

A、B同時為0，上面兩個PMOS導通，下面兩個NMOS不導通，此時中間的線相當于接在了VDD上，輸出1。后面的結(jié)構(gòu)是非門，對結(jié)果取反，因此輸出0。

A輸入1，B輸入0，接在A上的PMOS不導通，NMOS導通，接在B上的PMOS導通，NMOS不導通，中間的線相當于接在了VSS上，輸出0，再取反，得到1。

A輸入0，B輸入1，接在A上的PMOS導通，NMOS不導通，接在B上的PMOS不導通，NMOS導通，中間的線接在了VSS上，輸出0，結(jié)果取反得1。

A、B都輸入1，兩個PMOS都不導通，兩個NMOS都導通，中間的線相當于接在了VSS上，輸出0，再取反得1。

如果把或門后面的非門去掉，便得到了或非門。相當于對或門的結(jié)果取反，任意一個輸入端輸入1，輸出0；輸入都為0時輸出1。

與門：

作用：輸入都為1時才輸出1，任意輸入端輸入0就為0。浮梁賣茶人懶得展開講了，現(xiàn)將所有可能的電路情況列出如下圖所示：

如果把與門后面的非門去掉，就得到一個與非門，相當于對與門的結(jié)果取反，輸入都為1時才輸出0，任意輸入0時都輸出1。

除了上述三個邏輯門，還有兩個更為復雜但是也很常見的邏輯門：同或門和異或門。

異或門：

異或門由或門、與門、與非門構(gòu)成。簡化后的電路圖如下所示：

工作原理：

• A、B都輸入0時，PMOS都導通，NMOS都不導通，相當于中間的線接在了VDD上，輸出1。

最右面第二個PMOS不導通，第三個NMOS導通。Y相當于直接接在了VSS上，輸出0。

• 當A輸入1，B輸入0時，連接A的PMOS全不通，NMOS全通。連接B的PMOS全通，NMOS全不通。中間的線相當于接在了VSS上，輸出0。最右面第二個PMOS導通，第三個NMOS不導通，相當于Y接在VDD上，輸出1。

• 當A輸入0，B輸入1，結(jié)果相同。

• 當AB都輸入1，PMOS都不導通，NMOS都導通，中線接在VSS上，輸出0。最右面第二個PMOS導通，第三個NMOS不導通，Y接在VSS上，輸出0。

同或門

在異或門的后面再加上非門，對異或門的輸出取反。

作用：輸入相同時輸出1，不同時輸出0。

在實際設(shè)計電路時，通常會用傳輸門的方式來設(shè)計同或門、異或門。借助傳輸門實現(xiàn)的異或門電路只用了6個MOSFET就完成了相同的功能：

工作原理：

• A、B同時輸入0時，連接A的兩個PMOS導通，NMOS不導通。

連接B的PMOS導通，NMOS不導通。

此時最有名的線接在了VDD上，NMOS可以導通，相當于Y直連B，輸出0。

• A輸出1，B輸入0，連A的PMOS不導通，NMOS導通，連B的PMOS導通，NMOS不導通，最右面的線接到了VSS上，NMOS不導通，Y連A，輸出1。

• A輸入0，B輸入1，Y直連B，輸出1。

• A、B同為1，Y直連VSS，輸出0。

同或門：在Y的后面加非門

總結(jié)

本期的邏輯門介紹完畢，請記住表示符號和真值表。邏輯門是構(gòu)成運算單元的最基本結(jié)構(gòu)，一個異或門+一個與門=一個半加法器，可計算1位二進制的加法。2個異或門+2個與門+1個或門=全加法器。2個全加法器組合可計算2位二進制加法，4個全加法器組合可計算4位二進制加法。