Digitalteknik

per kapsel är vanligt.]]

Digitalteknik är ett område inom datavetenskapen som handlar om analys och konstruktion av digitala nät. Ämnet tar upp både den abstrakta beskrivningen av nätet och den fysiska realiseringen. Tekniken blir bara mer och mer populär på grund av flera orsaker:

• LÃ¥gt pris. Till skillnad frÃ¥n vid analog elektronisk konstruktion sÃ¥ sjunker priset pÃ¥ digitala komponenter för nuvarande hela tiden. När tillverkningstekniken förfinas blir kretsarna mindre, strömsnÃ¥lare och billigare. Kretsarna konstrueras idag i kisel, vilket är en billig rÃ¥vara. De flesta nät kan byggas helt av standardkomponenter.
• Systematisk konstruktion. Processen för att konstruera digitala nät har en tydlig struktur och vissa steg gÃ¥r därför att automatisera med hjälp av datorverktyg. ÖverskÃ¥dligheten underlättar ocksÃ¥ planeringen av konstruktionsprojektet och kan hjälpa till att minska antalet buggar.

Historia

Claude Shannon, 'informationsteorins fader', var den första att tillämpa den booleska algebran inom datavetenskapen. I sin magisteravhandling A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits från 1937 visade han att boolesk algebra och binär aritmetik kan användas för att förenkla telefonväxlarnas relänät. Han visade även det omvända, det vill säga att elektriska nät med brytare kan användas för att lösa booleska problem. Denna egenskap är grunden för digitalteknik och är också grunden som alla digitala och elektriska datorer baseras på.

Teori

Centralt inom digitaltekniken är begreppet funktion, att ett invärde kan sammankopplas med ett bestämt utvärde. I den digitala världen är funktionerna binära: indata och utdata kan anta ett av två möjliga värden. Dessa två lägen kallas för hög/låg, 1/0 eller sant/falskt. Detta gör att teori från både logik och boolesk algebra kan tillämpas. Digitala nät kan i huvudsak beskrivas som antingen kombinatoriska nät eller sekvensnät.

Kombinatoriskt nät

mellan dem motsvarar den logiska funktionen AND Ett kombinatoriskt nät utför en boolesk funktion. För varje indata kommer det kombinatoriska nätet att ge samma värde på sina utgångar. Den booleska funktionen kan beskrivas på flera sätt:

• Sanningstabell. En lista med alla möjliga ingÃ¥ngsvärden visar vad utsignalen kommer att vara vid denna kombination.
• Booleskt uttryck. Ex: $y\; =\; x\_0\; +\; x\_1\; *\; \backslash bar\; x\_2$, där $y$ är en utgÃ¥ng och $x\_0$ osv är ingÃ¥ngar. $+$ stÃ¥r för logisk disjunktion (ELLER) medan $*$ stÃ¥r för logisk konjunktion (OCH).
• Karnaughdiagram. Används för att optimera funktionen och uttrycka den pÃ¥ ett minimalt sätt. Detta ger ett nytt booleskt uttryck.
• Venndiagram

Sekvensnät

Ett sekvensnäts utgångsvärde beror inte bara på indata, utan även i vilken ordning datan kommer (dess sekvens). Därför består ett sekvensnät av ett kombinatoriskt nät och ett minne som återkopplas till nätet. Minnet lagrar vilket tillstånd som sekvensnätet befinner sig i, och är i form av ett antal vippor, tex D-vippor. Det kombinatoriska nätets uppgift är att läsa av det nuvarande tillståndet och insignaler, för att sedan avgöra vilket nästa tillstånd ska vara. Ett sekvensnät är den digitala formen av en tillståndsmaskin och analyseras på samma sätt. Ett sekvensnät är därför antingen av Moore-typ eller Mealy-typ.

Realisering

I slutet av konstruktionen byggs nätet upp med logiska grindar och vippor. Kombinatoriska nät kan även realiseras som nät med strömbrytare.

Se även

• Vippa