Gerbang logika

Mikroprosesor pertama Intel, 4004 dari tahun 1971, berisi 2300 transistor. Transistor-transistor itu dirangkai menjadi gerbang, dan sebuah prosesor tidak lain tersusun dari gerbang.

Dua rangkaian Shannon di atas meja

Kamu bisa membuat dua rangkaian Shannon dengan baterai, lampu, dan dua sakelar. Pasang sakelar berderet dan lampu hanya menyala jika sakelar pertama dan kedua sama-sama tertutup. Pasang berdampingan dan lampu menyala jika salah satunya tertutup. Rangkaian ini sudah mengambil keputusan. Gerbang logika adalah rangkaian kecil sejenis, dibuat dari transistor, bukan sakelar tangan. Gerbang menerima satu atau dua bit masukan dan menghasilkan satu bit keluaran menurut aturan yang tetap.

Enam gerbang dan tabel yang mendefinisikannya

AND memberi 1 hanya jika kedua masukan 1, seperti sakelar yang berderet. OR memberi 1 jika setidaknya satu masukan 1, seperti sakelar yang berdampingan. NOT punya satu masukan dan membaliknya, jadi 0 menjadi 1 dan 1 menjadi 0. XOR, singkatan dari "exclusive or" (atau eksklusif), memberi 1 jika kedua masukan berbeda. NAND dan NOR adalah AND dan OR dengan NOT di ujungnya, sehingga keluarannya tepat kebalikannya. Tabel kebenaran mendaftar setiap kombinasi masukan beserta keluarannya. Dua masukan membuat empat baris, tiga membuat delapan, dan n masukan membuat 2 pangkat n.

Alarm, uji kesamaan, dan pemeriksaan kata sandi

Gerbang bisa digabungkan menjadi aturan sebesar apa pun. Ambil contoh alarm pencuri. Alarm harus berbunyi jika sistem aktif AND (pintu terbuka OR jendela terbuka). Itu satu gerbang OR yang mengalir ke satu gerbang AND. Untuk memeriksa apakah dua bit sama, pasang NOT sesudah XOR, karena XOR memberi 1 tepat ketika bit-bitnya berbeda. Pasang delapan rangkaian seperti itu berdampingan, gabungkan keluarannya dengan AND, dan rangkaian itu memberi tahu apakah dua byte utuh cocok. Setiap perbandingan yang dibuat program, dari "apakah kata sandinya benar" sampai "apakah pengatur waktu sudah mencapai nol", berakhir sebagai rangkaian seperti ini.

Mengapa produsen chip bisa cukup dengan NAND saja

NAND punya sifat yang praktis: setiap gerbang lain bisa dibuat hanya dari gerbang NAND. Satukan kedua masukan NAND dan gerbang itu menjadi NOT, karena NAND dari 1 dan 1 adalah 0, dan NAND dari 0 dan 0 adalah 1. Pasang NOT itu sesudah NAND lain dan kamu mendapat AND lagi. Beberapa lagi membentuk OR dan XOR. Produsen chip menyukainya karena mereka bisa memasang satu bentuk yang sudah teruji dalam jumlah sangat besar. Dalam chip sungguhan, satu gerbang terdiri atas segelintir transistor. 4004 punya 2300 transistor, dan Intel mencatat 1.16 miliar untuk prosesor Core generasi kedua tahun 2010. Itu sekitar 500 000 kali lebih banyak dalam 39 tahun.