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❒ 基本邏輯閘的功能

「邏輯閘(Gate)」是數位訊號的基本要素，當數位訊號(0或1)輸入邏輯閘時，邏輯閘會將數位訊號依照我們的需求進行轉換動作，再將轉換後的數位訊號(0或1)輸出，經過許多邏輯閘的轉換，最後就可以得到我們想要的結果。如果我們的輸入是一個數學運算式(例如1+0)，經過許多邏輯閘的轉換之後所得到的結果就是1(因為1+0=1)，所以說穿了電腦其實就是「計算機」，它所執行的工作就是加減乘除的數學運算，後面會舉一個簡單的例子說明。知識力www.ansforce.com。

❒ 基本邏輯閘
最常見的基本邏輯閘共有七個，分別為AND閘、NAND閘、OR閘、NOR閘、XOR閘、XNOR閘、NOT閘，其名稱與代號如＜表一＞所示，表中A與B為左方輸入端，C為右方輸出端，0代表低位準(低電壓)，1代表高位準(高電壓)，表中的圖形代號只是IC設計工程師為了繪圖方便而發明的，每一個邏輯閘其實是數個電晶體(CMOS)經過不同的排列組合而成，以下說明其中三個邏輯閘所代表的意義：
➤AND閘：A端「且(AND)」B端輸入訊號均為1時，其輸出才為1。
➤OR閘：A端「或(OR)」B端輸入訊號有一為1時，其輸出即為1。
➤NOT閘：NOT閘又稱為「反相器(Inverter)」，如果A端輸入訊號為0則C端輸出訊號為1；如果A端輸入訊號為1則C端輸出訊號為0，大家現在應該猜出為什麼它會叫「反相(Invert)」了吧！
其他NAND閘、NOR閘、XOR閘、XNOR閘各自有其代表的意義，請自行參考＜表一＞，並且猜猜它們各自的意義，本書並非電機工程師的參考書籍，在此不再詳細說明。值得一提的是，快閃記憶體(Flash memory)又分為「NAND閘型」與「NOR閘型」，它們是使用兩種不同的邏輯閘來設計的積體電路(IC)，一種是使用NAND閘為主要的邏輯來設計，另一種則是使用NOR閘為主要的邏輯來設計，它們的特性不同所以使用在不同的地方。知識力www.ansforce.com。

表一　邏輯閘的名稱與圖形代號。

❒ 邏輯閘實例說明

例如：AND閘是由6個MOS(3個CMOS)排列組合如＜圖一＞所示，由圖中可以明顯看出，每一個MOS都有源極(Source)、閘極(Gate)、汲極(Drain)三個金屬電極，6個MOS彼此之間把這些金屬電極連接起來就會形成「AND閘」，同理，其OR閘、NOT閘、NAND閘、NOR閘、XOR閘、XNOR閘都有各自不同的金屬電極連接方式，數位積體電路所謂的「佈局(Place)」就是決定CMOS要放在矽晶圓上的什麼地方，「繞線(Routing)」就是決定這些金屬電極要如何連接起來。知識力www.ansforce.com。

圖一　AND閘的組成。

【範例】
請設計一個簡單的電子計算機，計算二進位的數學加法，也就是這台計算機只能計算以下四種加法：
0+0=0(十進位的0在二進位使用00來代表)，
0+1=1(十進位的1在二進位使用01來代表)，
1+0=1(十進位的1在二進位使用01來代表)，
1+1=2(十進位的2在二進位使用10來代表)。
〔解〕
設計好的電路如＜圖二＞所示，A端代表輸入的「被加數」，B端代表輸入的「加數」，X端與Y端代表輸出的結果。由圖中可以看出X端為A與B經過AND閘的結果，而Y端為A與B經過XOR閘的結果，A與B的輸入訊號經過兩個邏輯閘以後得到X與Y的輸出訊號，共有四種可能的結果：
➤當A=0、B=0輸入：則經過AND閘後的輸出X=0，經過XOR閘後的輸出Y=0，故輸出結果為00(A+B=XY ⇨ 0+0=00代表十進位的0)。
➤當A=0、B=1輸入：則經過AND閘後的輸出X=0，經過XOR閘後的輸出Y=1，故輸出結果為01(A+B=XY ⇨ 0+1=01代表十進位的1)。
➤當A=1、B=0輸入：則經過AND閘後的輸出X=0，經過XOR閘後的輸出Y=1，故輸出結果為01(A+B=XY ⇨ 1+0=01代表十進位的1)。
➤當A=1、B=1輸入：則經過AND閘後的輸出X=1，經過XOR閘後的輸出Y=0，故輸出結果為10(A+B=XY ⇨ 1+1=10代表十進位的2)。
 

圖二　利用邏輯閘運算二位元加法。

請自行查詢<表一>就可以得到當A端(0或1)與B端(0或1)輸入，經過AND閘或XOR閘後的輸出，最後會得到上述結果，而圖3-5的邏輯電路稱為「組合邏輯(Combinational)」，換句話說，電腦(計算機)是由積體電路(IC)組成，積體電路(IC)是由邏輯閘(Gate)組成，而邏輯閘(Gate)是由電晶體(CMOS)組成，現在大家應該對電腦(計算機)更有感覺了吧！

【請注意】上述內容經過適當簡化以適合大眾閱讀，與產業現狀可能會有差異，若您是這個領域的專家想要提供意見，請自行聯絡作者；若有產業與技術問題請參與社群討論。

【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「積體電路與微機電產業，全華圖書公司」。＜我要買書＞