计算机组成原理之基本元器件和逻辑门构成

元器件介绍

下拉电阻：

下拉电阻的核心作用是稳定电路中的低电平状态，避免信号引脚因悬空（无输入）而产生的不确定电压。
举例：

比如你家灯的开关：

• 开关断开（没按）时，下拉电阻让电路默认 “灯灭”（低电平）；
• 按下开关（输入信号），电路才变为 “灯亮”（高电平）。
  如果没有下拉电阻，开关断开时线路悬空，可能被静电、干扰误触发，灯莫名其妙亮。

继电器：

继电器的核心作用是用小电流 / 低电压信号，安全控制大电流 / 高电压电路，相当于电路里的 “电磁翻译官”。

• 场景：床头开关控制客厅空调（220V）

  • 手动操作：直接按空调开关，手接触高压（危险）。
  • 继电器方案：床头按钮（5V 小电流）触发继电器，继电器的触点帮你接通空调电源（220V 大电流），手只碰低压电。

• 本质：弱电控制强电，隔离高低压，保护人体和控制器（如单片机）。

双掷继电器：
 

双掷继电器（SPDT，单刀双掷）的作用可以简单理解为一个“电动切换开关”，核心功能是一键控制两条电路的通断。

1. 单路切换（最常用）：

   • 场景：控制电机正反转。
     例：玩具车电路中，COM 接电机，NC 接电池正极（前进），NO 接电池负极（后退）。通电时切换触点，电机反转。

2. 双路通断（双刀双掷，DPDT）：

   • 场景：切换两个设备的电源。
     例：太阳能板优先供电时，断电状态下负载连蓄电池（NC）；阳光充足时，继电器通电，负载切换到太阳能板（NO）。

3. 逻辑控制（替代多个单刀继电器）：

   • 场景：简化电路。如与非门中，双掷继电器可同时断开旧电路、接通新电路，比两个单刀继电器更高效。
     
      

输入输出组件：

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 逻辑门实现

与操作（and）:

 

 模拟仿真实现： 

两个双掷继电器，一个电源，两个输入（A、B），一个输出C，一个下拉电阻。

输入  A（1）and  B（1）=C（1）  

 一个与逻辑操作器件就做好了

或操作（or）：

 

 

 模拟仿真实现： 

两个双掷继电器，两个电源，两个输入（A、B），一个输出C，一个下拉电阻。

输入  A（0）or B（1）=C（1） 

 

或门搭建完毕。
 

非门（not）:

 

模拟仿真实现： 

一个双掷继电器，一个电源，一个输入（A），一个输出C，一个下拉电阻。

 

输入  not  A（1）=C（0）  

 

 

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 其他门电路皆可由以上三大基础逻辑电路组合而成（与、或、非）

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 与非门（NAND）：

 

 

 

模拟仿真实现： 

三个双掷继电器，一个电源，两个输入（A、B），一个输出C，一个下拉电阻。

 

 输入  A（0）nand B（0）=C（1） 

 

 

 异或门（XOR）：

当两个操作数不同时，结果为1；当两个操作数相同时，结果为0。

 

 

模拟仿真实现： 

两个双掷继电器，一个电源，两个输入（A、B），一个输出C，一个下拉电阻。

输入  A（1）xor B（1）=C（0）