Talvez você já tenha se perguntado como um laptop pequeno consegue processar e trabalhar com grandes quantidades de dados. Ou talvez tenha se perguntado como processadores de computador tão minúsculos são capazes de realizar tarefas complexas. A propósito, o que são portas lógicas? E como as portas XOR e XNOR realmente funcionam? Se for esse o caso, a discussão de hoje é para você.
As portas lógicas constituem a base fundamental das unidades de lógica digital. Elas são utilizadas para construir diversos dispositivos de computação, processamento e controle.
Noções básicas sobre portas lógicas
Antes de entender o que são as portas XOR e XNOR, é preciso primeiro entender o que são portas lógicas. Bem, elas são um tipo específico de porta que processa um ou dois sinais de entrada e determina um sinal de saída.
Em geral, três portas lógicas básicas são utilizadas em circuitos digitais: AND, OR e NOT. Elas operam principalmente com valores binários, 0 e 1, e geram uma saída com base nas entradas aplicadas. Nas portas XOR e XNOR, você precisará delas como base da estrutura.
Porta AND
Uma porta AND produz uma saída igual a 1 somente quando todas as entradas são 1. Se alguma entrada for 0, a saída passa a ser 0. Em uma porta AND de duas entradas, vamos supor que as entradas sejam A e B, e que a saída seja Y. A porta AND segue a regra: Y = A · B.
Por exemplo, se A = 1 e B = 1, o resultado é 1. Se A = 1 e B = 0, o resultado é 0. Portanto, o resultado só será 1 quando ambas as entradas forem 1.
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A |
B | Y |
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0 |
0 | 0 |
| 1 | 0 |
0 |
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0 |
1 |
0 |
| 1 | 1 |
1 |
Porta OR
Uma porta OR produz uma saída igual a 1 quando pelo menos uma entrada é 1. A saída é 0 somente quando todas as entradas são 0. Para uma porta OR de duas entradas, A e B são as entradas, e Y é a saída. A porta OR segue esta regra: Y = A + B.
Por exemplo, se A = 1 e B = 0, o resultado é 1. Se A = 0 e B = 1, o resultado também é 1. Quando ambas as entradas são 1, o resultado permanece 1. Somente quando ambas as entradas são 0 é que o resultado se torna 0.
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A |
B | Y |
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0 |
0 | 0 |
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1 |
0 |
1 |
| 0 | 1 |
1 |
| 1 | 1 |
1 |
Porta NOT
A porta NOT, por outro lado, funciona de maneira diferente das portas AND e OR. Ela possui apenas uma entrada e uma saída. Na verdade, ela inverte o sinal de entrada. Por exemplo, se a entrada for 0, a saída passa a ser 1. Se a entrada for 1, a saída passa a ser 0. A porta NOT pode ser representada como: Y = Ā. Portanto, uma porta NOT também é chamada de inversor, pois inverte o sinal de entrada.
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O que é uma porta XOR?
Uma porta XOR, ou porta OR exclusivo, é uma porta lógica especial utilizada em circuitos digitais. Ela produz uma saída igual a 1 quando suas entradas são diferentes. Por outro lado, quando ambas as entradas são iguais, a saída é 0.
O nome XOR geralmente deriva da expressão “Exclusive OR” (OU exclusivo). Uma porta OR comum produz 1 quando uma ou ambas as entradas são 1. Por outro lado, uma porta NOR produz 1 quando ambas as entradas são 0. Uma porta XOR é mais seletiva. Ela produz 1 somente quando exatamente uma entrada é 1.
Em uma porta XOR de duas entradas, as entradas são geralmente representadas por A e B, enquanto a saída é Y.
Y = A ⊕ B
Aqui, o símbolo ⊕ representa a operação XOR. O esquema da porta é geralmente utilizado para a operação XOR. Se expandirmos esse símbolo de porta, podemos ver que ele é composto por várias portas NOT, AND e OR.
Diagrama de circuito da porta XOR e princípio de funcionamento do circuito integrado
Uma porta XOR pode ser construída usando duas portas NOT, duas portas AND e uma porta OR. O diagrama acima mostra como as portas básicas são conectadas para criar o comportamento XOR.
O circuito possui duas entradas, A e B. Essas entradas são encaminhadas por caminhos diferentes para produzir duas saídas intermediárias de porta AND.
Primeiro, A passa diretamente pela porta AND, e B passa por uma porta NOT. Portanto, a porta AND superior recebe A e B̅. Assim, a saída aqui é AB̅. Por outro lado, a porta AND inferior recebe A, que passa por uma porta NOT, e B diretamente na porta AND. Portanto, o resultado é A̅B.
Por fim, as saídas das duas portas AND são conectadas a uma porta OR. A porta OR combina esses dois sinais e produz a saída XOR final.
Y = AB̅ + A̅B
Tabela de verdade do XOR
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A |
B | Y = AB̅ + A̅B |
|
0 |
0 | 0 |
|
0 |
1 |
1 |
| 1 | 0 |
1 |
| 1 | 1 |
0 |
Portanto, de acordo com a tabela de verdade da porta EX ou gate, a saída assume o valor 1 quando A é 1 e B é 0, ou quando A é 0 e B é 1. Se ambas as entradas forem iguais, a saída é 0.
O que é uma porta XNOR?
Uma porta XNOR é outra porta lógica especial em um circuito digital. Trata-se de uma porta NOR exclusiva que produz uma saída igual a 1 quando suas entradas são iguais. Se as entradas forem diferentes, a saída passa a ser 0. Portanto, uma porta XNOR realiza exatamente a operação oposta à de uma porta XOR.
Mais uma vez, no caso de uma porta XNOR de duas entradas, as entradas são geralmente representadas por A e B. Y pode representar a saída.
O símbolo ⊙, ou a barra acima de A ⊕ B, representa a operação XNOR. Uma porta lógica XNOR também pode ser entendida como uma porta XOR seguida por uma porta NOT. Como uma porta XOR produz 1 quando as entradas são diferentes, a porta NOT inverte essa saída. Consequentemente, a porta XNOR só produz 1 quando as entradas são iguais.
Diagrama de circuito XNOR e princípio de funcionamento do IC
A porta XNOR pode ser construída usando duas portas NOT, duas portas AND e uma porta OR. O circuito mostrado utiliza as entradas A e B e cria dois caminhos lógicos distintos.
Primeiro, a entrada A passa por uma porta NOT, produzindo Ā. Por outro lado, a entrada B passa por outra porta NOT, produzindo B̅. Esses sinais invertidos entram na porta AND superior e produzem ĀB̅. Ao mesmo tempo, as entradas originais A e B são enviadas diretamente para a porta AND inferior. Ela produz a saída AB.
Por fim, as saídas das duas portas AND são conectadas a uma porta OR. A porta OR combina ĀB̅ e AB. Ela produz, por fim, a saída XNOR ĀB̅ + AB.
Tabela de verdade da função XNOR
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A |
B | Y = ĀB̅ + AB |
|
0 |
0 | 1 |
| 0 | 1 |
0 |
| 1 | 0 |
0 |
| 1 | 1 |
1 |
Portanto, pela tabela, podemos ver que a saída é 1 quando ambas as entradas são iguais. Por outro lado, quando ambas as entradas são 0, a saída é 1. Quando ambas as entradas são 1, a saída também é 1. Se uma entrada for 0 e a outra for 1, a saída passa a ser 0.
Porta XOR vs. Porta XNOR
A principal diferença entre as portas XOR e XNOR é a condição de saída. Uma porta XOR produz 1 quando as entradas são diferentes. Por outro lado, uma porta XNOR produz 1 quando as entradas são iguais.
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A |
B | XOR | XNOR |
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0 |
0 | 0 | 1 |
|
0 |
1 | 1 |
0 |
| 1 | 0 | 1 |
0 |
| 1 | 1 | 0 |
1 |
Aplicações das portas lógicas em circuitos digitais
As portas lógicas são, normalmente, os blocos de construção dos circuitos digitais. Elas processam principalmente sinais binários, representados pelos valores 0 e 1. Com a ajuda de diferentes portas lógicas, é possível criar sistemas eletrônicos complexos. Elas podem ser utilizadas para operações aritméticas, processamento de dados e memória, ou mesmo em sistemas de controle.
Circuitos aritméticos digitais
As portas lógicas são amplamente utilizadas para realizar operações aritméticas em números binários. Em geral, as portas AND, XOR e OR são abordadas neste contexto. Em circuitos digitais, um meio somador soma dois bits binários. Por outro lado, um somador completo soma três bits, incluindo um transporte. Esses circuitos são essenciais principalmente para calculadoras, computadores e processadores.
Seleção e roteamento de dados
As portas lógicas também ajudam a selecionar e controlar o fluxo de dados digitais. Elas são amplamente utilizadas em multiplexadores e demultiplexadores. Um multiplexador normalmente seleciona uma entrada dentre vários sinais. Por outro lado, um demultiplexador envia uma entrada para uma saída selecionada.
Armazenamento de dados e memória
As portas lógicas são normalmente utilizadas para construir circuitos capazes de armazenar informações binárias. Pense, por exemplo, em latches e flip-flops. Eles podem armazenar 0 ou 1. Esses circuitos são os componentes básicos dos registros e dos sistemas de memória.
Comparação de valores binários
As portas lógicas também podem comparar valores binários. É possível usar portas XOR para verificar se dois bits são diferentes. Também é possível usar as portas AND, OR e NOT para criar comparadores digitais. Esses circuitos são muito úteis para verificar dados digitais.
Detecção de erros e verificação de dados
As portas lógicas também podem ajudar a detectar erros nos dados digitais. É possível usar uma porta XOR para gerar e verificar bits de paridade. Elas podem identificar alguns erros de transmissão de dados. Isso aumenta, principalmente, a confiabilidade dos sistemas digitais.
Circuitos de controle e tomada de decisão
As portas lógicas também são utilizadas para tomar decisões digitais simples. Elas podem controlar se um sinal tem permissão para passar. Por exemplo, uma porta AND exige que várias condições sejam verdadeiras. Por outro lado, as portas OR permitem que qualquer uma das várias condições ative um circuito.
Contadores digitais e circuitos de temporização
Também é possível usar portas lógicas para construir contadores digitais e circuitos de temporização. Os flip-flops são conectados para contar pulsos. Esses circuitos podem monitorar eventos e gerar sinais de temporização. Eles são comuns em relógios, temporizadores e dispositivos digitais.
Processadores de computador e ALUs
Outra aplicação fundamental das portas lógicas está nos processadores de computador. Elas são utilizadas para construir unidades aritméticas e lógicas (ALUs), que realizam as operações aritméticas e lógicas no processador. Essas operações são necessárias para o processamento de dados e a execução de programas de computador.
Conclusão
As portas XOR e XNOR são portas lógicas importantes na eletrônica digital. A porta XOR produz 1 quando suas entradas são diferentes. Por outro lado, a porta XNOR produz 1 quando suas entradas são iguais. Ambas as portas são construídas a partir de várias portas lógicas básicas.
As portas XNOR e XOR são amplamente utilizadas em circuitos aritméticos, verificação de dados, comparadores e assim por diante. Este artigo explica como funcionam as portas XOR e XNOR e apresenta suas tabelas de verdade. Se você tiver alguma dúvida sobre problemas relacionados a circuitos, por favor, entre em contato conosco.