Portas lógicas - a matemática da computação

Hoje vamos iniciar a conversa sobre as portas lógicas, neste artigo vou falar sobre três delas, as portas AND, OR e NOT. Talvez você esteja se perguntando o porquê dos nomes em inglês? A resposta é simples, por que esse é o padrão usado mundialmente, não é comum falar portas E, OU e NÃO.

Relembrando o padrão, valores verdadeiros (True) correspondem a uma saída de 5V e valores falsos correspondem a uma saída de 0V.

A porta AND:
Essa porta possui pelo menos duas entradas e uma saída que será verdadeira apenas quando TODAS as entradas também forem verdadeiras, mesmo que apenas uma seja falsa isso vai fazer com que a saída também seja falsa.

Observe na imagem abaixo o símbolo e a tabela que mostra uma como se comporta uma porta AND com duas entradas e uma saída, esse tipo de tabela é chamado de "Tabela Verdade".

Para mostrar um exemplo dessa porta, veja esse circuito integrado da família TTL chamado 7408, o esquema abaixo mostra o CI com suas 4 portas de duas entradas e uma saída além da descrição dos seus pinos.

Podemos usar esse CI, por exemplo, para destravar uma porta que dependa de vários requisitos serem atendidos previamente (sensores, chaves, códigos, etc) o sinal de cada um pode ser ligado a uma das entradas e a saída só será ativada quando todos os requisitos forem resolvidos, essa saída poderia ser ligada à liberação da trava da porta.

A porta OR:
Essa porta possui pelo menos duas entradas e uma saída que será verdadeira quando QUALQUER UMA das entradas for verdadeira, mesmo que apenas uma seja verdadeira isso vai fazer com que a saída também seja verdadeira.

Aqui estão o símbolo e a tabela que mostra uma como se comporta uma porta OR de duas entradas e uma saída.

Como exemplo de CI que implementa a porta OR, observe o TTL 7432, o esquema abaixo mostra o CI com as 4 portas de duas entradas e uma saída.

Um exemplo de uso seria a ativação de um alarme a partir de vários sensores diferentes, qualquer um deles ao passar para o estado verdadeiro ativaria a saída ligando o alarme.

A porta NOT:
Diferente das outras, essa porta possui uma entrada e uma saída, ela inverte o valor da entrada, se a entrada é falsa a saída é verdadeira e vice-versa.

O símbolo da porta not é um triângulo (que representa um amplificador operacional, é um termo técnico, não se preocupe com isso) com uma bolinha em um dos lados que representa a saída da porta. Na prática a bolinha é o inversor de sinal e será usado em conjunto com outras portas para modificar as entradas ou saídas, veja nos próximos artigos portas como NAND e NOR que são portas AND e OR com inversores na saída.

O CI de exemplo de implementação da porta NOT se chama 7404 e possui seis portas inversoras conforme o diagrama abaixo.

Esse circuito pode ser usado quando um determinado sinal gera uma informação invertida, por exemplo, um sensor de alarme instalado em uma janela poderia ser feito por um tipo de botão que fica pressionado o tempo todo, mas quando a janela é aberta esse botão é liberado, se usarmos um sinal passando por esse botão ele será verdadeiro (passando corrente elétrica) quando não precisamos acionar o alarme e falso quando o alarme precisa ser acionado, para gerar o alarme nós temos que inverter essa lógica e isso pode ser feito pela porta NOT.

Em futuras postagens vou voltar a falar sobre o assunto mostrando como fazer isso na prática.