Portas Lógicas, Álgebra Booleana e Transistores

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Texto extraído do video Introdução a Conceitos de Computação - Portas lógicas e expressões booleanas

Olá, alunas e alunos do Cursi de Introdução a Conceitos de Computação, nessa vídeo aula, que eu vou falar de portas lógicas e expressões bolheanas.
Eu vou começar a falar num da respeito de computadores e eletricidades, mencionar um pouco de respeito de transestores e conceito de portas, depois vamos focar em portas lógicas e como fazer construções usando portas lógicas.
Na parte de computadores e eletricidades, podemos ver que há um nível de volta em um sinal elétrico, e no caso dos sinais digitais, a gente pode distinguir, descretizar esse nível em dois estados de interesse, associando os valores zeros e unos.
Então, por exemplo, um nível de volta em 0, 2 voos pode ser considerado baixo, 0, e um nível na faixa de 2 a 5 voos considerado alto.
Então, dessa forma, vocês observem que é altescritizar desse jeito e nós já mencionamos isso em aulas anteriores, há uma penda do sinal analógico, pois zeros e uns não vão descrever fielmente o sinal analógico como um pudo.
Porém, ainda assim a representação através de zeros e uns é vantajosa, porque ela tem um robusteixo, por exemplo, para lidar com ruídos.
Então, se a gente observar aquele mesmo sinal anterior, agora sofrendo algum tipo de interferência, a gente ainda consegue representar a faixa alta e baixa de volta, usando esses dígitos 1 e 0.
Outro vantagem é que a representação binária nos permite associar, fazer uma associação com a álgebra boliana, que vai nos permitir descrever de forma elegante e muito poderosa atividade, por exemplo, dos circuitos elétrons.
Bom, antes de continuarmos, eu vou introduzir alguns conceitos importantes, por exemplo, porta.
Porta é um dispositivo que executa uma operação alimentar sobre sinais elétricos, aceitando uma ou mais sinais de entrada, produzindo um link sinal de saída.
E nessa aula nós vamos examinar alguns tipos de portas.
O circuito já é uma combinação de portas que interagem projetada para realizar uma função lógica específica.
Então, as portas, no caso, são combinadas em circuitos para poder executar tarefas mais complexas.
Podemos realizar, por exemplo, operações aritméticas e armazenar valores, desde que a gente combine adequadamente as portas como circuitos onde a saída de uma porta é usada com entrada para outros portas.
Isso se dá por conta do fluxo de electricidade através do circuito que passa a ser controlado pela lógica projetada através dessas portas, que permitem ou não a passagem desse fluxo de corrente.
Bom, a algebra-buleana, como já mencionada, é uma notação matemática para expressar funções lógicas baseadas em dois valores.
Então, ela facilita a manipulação lógica de circuitos através de uma notação matemática bastante consistente.
O diagrama lógico, ele já é uma representação gráfica de um circuito.
Cada tipo de porta vai ter seu próprio símbolo, nós vamos entender esses símbolos para poder entender esse tipo de representação.
Então há um símbolo para cada porta.
E dessa forma nós vamos poder conectar esses símbolos através das lógicas inerentes a cada porta e visualizar a lógica como um todo do circuito.
Falando agora um pouquinho sobre transestores e portas, é um transistor e um dispositivo que atua com um fio ou resisto, dependendo da vontade e voltagem do sinal de entrada.
As válvulas, como a gente viu na parte histórica da computação, eram utilizadas nos primeiros computadores, mas dissipavam grande quantidade de calor, falhava, precisava ser trocadas.
Já os transestores são muito menores, consumem menos energia e trocam de estado, são capazes de fazer uma mudança de estado em anos segundos.
Então podemos dizer que a computação de hoje deve muito a essa envenção, a envenção do transistor.
Esse equipamento não utiliza um material, em geral, um semiconductor, ou seja, um material que não é nenhum bom condutor para iletricidade como cobe, nem um bom isolante como a borracha.
Em geral, o silício acaba sendo usado para construir transestores.
Então, temos agora o transistor, vamos falar um pouquinho dele.
Ele tem um fio de controle, ele é todos, ou como aparece no nosso livro texto, uma parte, essa parte, chamada de coletor, a base, com esse símbolo para indicar a terra, onde nós temos o aterramento através de um emissor e a saída do fluxo de corrente.
Então, no sinal elétrico, ele possui uma fonte, como uma tomada, por exemplo.
O sinal elétrico, aterrado, ele é aquele que flui para a terra, para não causar danos.
É aquele meio que de conhecimento geral quando você faz o aterramento de um equipamento, você permite com que o fluxo de corrente vá para a terra.
O que significa isso? Você baixa, você reduz essa vontade.
A base regula uma porta que deficiar uma conexão entre a fonte a terra.
Já o emissor ele fica conectado ao fio aterrado e dessa forma, se o sinal do coletor for a terra, se nós tivermos o aterramento, ele será puxado para zero voos.
Se a base não for a terra ou se não se mantém alto, e uma linha de saída é usoumente conectada a linha do coletor.
Bom, dessa forma, se nós vamos assumir que o valor 1 para quando nós temos a passagem o fluxo de corrente, e zero quando isso não acontece.
Se o sinal do coletor for ligado a terra pelo trânsito, o sinal de saída será baixo representando um zero binar.
Se o sinal do coletor estiver alto, o mesmo correrá com o sinal de saída representando um binar.
Nós vamos usar um sinal alto e zero sinal baixo.
Quando essa forma nós teremos essa tabelinha mostrando que nós tivemos uma entrada, 1 e 1 saída, 1, 1 entrada, 0, 1 saída, 0.
Isso não quer dizer muita coisa.
Então como podemos combinar o trânsito para ter algum tipo de informação relevante? Vamos pegar um exemplo aqui bem grosseiro, assumindo que a corrente vai passar por aqui, e sair por aqui, e nós temos essas duas entradas a e b.
Então, se a for um e b for um, temos a volta em alta, nós temos a passagem está ligado, digamos assim, e aí o que vai acontecer? A corrente vai fluir através das pra saída.
Se por outro lado o b tiver desligado, essa corrente não vai conseguir fluir.
Da mesma forma, se o at tiver desligado, nós vamos ter a passagem da corrente.
E se ambos tiverem desligados, nada de corrente.
Bom, dessa forma, o que acontece? Nós temos aqui, se observarmos essa tabela do ponto de vista lógico, nós temos um e.
Vai ser só verdade quando há e b estiver em ligados.
Nós temos o conceito da porta lógica e para representar uma combinação de trânsito e todos como essa.
Dessa forma, vocês vão encontrar nos livros a essa representação de porta lógica, tanto com a notação de conectivo e que vimos nas aulas anteriores quanto o usando esse ponto para representar a conjunção.
Então, nesse caso, lembrando, vai ser verdadeiro somente quando as duas situações ocorrerem ou no caso no contexto aqui, as duas opções aqui, as duas entradas derem ligados.
Vamos ter também, a partir daí, nós podemos desenvolver a apresentar outras portas lógicas para representar esse conceito.
Então, nós teríamos aqui a negação que também pode ser representados para vocês, um encontrando em um livro expo-se após fofo.
E aí, o que vai acontecer? Se você tem a entrada ligada, ela vai aparecer com desligada na saída.
E se tiver desligada, o fluxo de alguma forma vai estar ligado na saída.
A porta lógica, ou ela tem esse símbolo aqui, nessa navizinha espacial, onde você tem duas entradas, você tem um ou o conectivo ou que nós já vimos, ou esse símbolo de junção que seria o mais, a soma, e da mesma forma, no caso do ou, sempre que uma das opções estiver ligada, a saída vai estar ligada.
Então, você não vai ter sempre que um do estinais estiver, se você tiver uma das entradas ativadas, você vai ter a saída ativada.
Somente quando as duas estiverem desativadas, você não tem nada na saída.
Algumas variantes, a gente ficou acostum.
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Você tem esse símbolo aqui, na frente do símbolo da porta, para indicar a negação.
Então, nesse caso, nós estamos fazendo a negação da conjunção, e aí nós temos a inversão do valor.
Então, ele passa a c0, quando os dois estão ligados, e um, se um deles estiver desligado, no caso da negação do ou, nós vamos ter a mesma ideia, podendo apresentar desse jeito, ou com essa notação aqui, e, mesma coisa, vai ser zero, quando os dois estiverem ligados, ou, no caso, se um deles estiver ligado.
Só vai ser um quando ambos estiverem desligados.
Ambas entradas estiverem desligadas.
Agora, uma outra porta lógica, que seria o exclusivo, só, onde nesse caso é aquela opção lógica que, às vezes, a gente confunde muito quando está aprendendo a lógica ou, que o ou exclusivo é assim aquele onde você só tem uma opção de escolha.
É uma ou outra, você não pode ter ambos.
Então, nesse caso, o sinal vai se zero, se ambos estiverem ligados, ou se ambos estiverem desligados.
E vai ser um, se um deles estiver ligado.
Então, essa é a opção em que você quer, realmente escolher entre uma ou outra de forma, escuindo uma desopções, você não vai poder ter pandas.
Dessa maneira, nós temos, agora, vamos voltar a fazer uma ligação entre transestores e portas, de que for? Vamos relembrar aqui os termos, nós temos o coletor, a saída, identificar que o coletor, a saída, o coletor do fluxo, a saída é entrada, a gente vai estar ligando ou não a base, o ateramento aqui, o símbolozinho já é o ateramento.
E aí, o que vai estar acontecendo nessa brincadeira? Se eu estou ligando nesse design aqui, nesse esquemático, a corrente vai estar fluindo para a terra vai estar a terra, e nada vai sair.
Ou seja, a minha entrada é 1, a minha saída é 0.
Por outro lado, se eu desligo, não vai ter passagem da corrente.
Então, ela vai fugir por aqui pela saída, eu vou ter 1 na saída com 0 na minha entrada.
Ou seja, a negação está representada aqui, estamos vendo esse símbolo em termos de transestor.
Então, agora nós vamos começar a construir com essas portas lógicas.
Então, nós vamos fazer aqui uma combinação de transestores para a porta não ir.
Nesse caso, o que vai acontecer aqui? Eu tenho, se eu ligar ambos, né, eu vou ligar as duas entradas, eu vou ter um ateramento, 0 na saída.
Por outro lado, se eu desligar os dois, eu vou ter a fuga para 1, certo? E o mesmo vai acontecer se eu ligar um e desligar um outro.
Agora, vamos pensar na negação do ou.
Nesse caso, vamos pegar esse esquemáticozinho aqui, nós vamos ter o coletor, vamos ter a saída aqui e as entradas.
Nesse ponto, o que vai acontecer? Se eu desligo 1 e ligo o outro, bom, ele vai fazer o ateramento por onde está ligado.
E a minha saída vai ser 0.
Então, reparem considerando um or, eu teria um ou eu teria aqui verdadeiro.
Mas, como é negado, a minha saída ficou 0.
Do ponto de vista lógico, tá? Ok.
Se eu desligo os dois, a minha corrente não vai ter como ser aterrada.
Ela sai.
Então, eu tenho uma saída 1.
Novamente, 0, 0 para o ou seria 0.
Estou negando e ele vai ficar 1.
E a gente está vendo.
Então, aqui, como essa lógica funciona de uma maneira bem consistente, com a maneira como você faz o design usando esses transestores, certo? Bom, dessa forma, nós conseguimos fechar um ciclo que é apresentar as ideias básicas de como que a lógica boliana está relacionada com as portas lógicas, vimos um pouquinho de como isso se reflete com os transestores, tá? E na próxima aula, vamos estar explorando os circuitos combinacionais.
Espero que tenham gostado da aula e nos vemos na próxima.