لا بدّ من أن تكون قد تعاملت مع دارة كهربائية سابقًا، فهي موجودة بكلّ تفصيلٍ من الأجهزة الكهربائيّة. ما الأساس التي تقوم عليه، وكيف تعطيك النتائج، وما هو المنطق الأساسي لنتائجها.

بشكٍل عام تصنّف الدارات الكهربائية إلى صنفين أساسيين، الدارات الرقمية والدارات التماثليّة (التشابهيّة)، تعتمد الدارات التماثليّة على حسابات تتعلق بالجهد، والتيار، والمقاومة، والقدرة الكهربائية، وغيرها من الحسابات التي تتعلق ببعضها. أما الدارات الرقمية هي الدارات التي تعتمد على المنطق، وتأخذ من الأرقام الثنائية أساسًا لعملها.

ظهر مصطلح المنطق الرقمي مع بداية القرن العشرين، ولقد كانت نقلة نوعية في مجال التكنولوجيا الحديثة، حيث أصبح الاعتماد الأساسي عليه في جميع الالكترونيات الحديثة، ومن ثم كانت الثورة الرقمية التي ميزت القرن الماضي.

يعرّف المنطق الرقمي بأنه الأساس التي تقوم عليه الحوسبة الرقمية. ويتمثّل برقمين هما الصفر والواحد، الواحد يدلّ على وجود نبضة كهربائية، بينما الصفر يدل على عدم وجودها.

ويُمثِّل المنطق الرقمي النظام الأساسي الذي  يصمّم لوحات الدوائر الالكترونية التي تُبنى على أساس البوابات المنطقية، ويُسمّى النظام الرقمي. وهو التمثيل الرقمي للإشارات ولتسلسلات الدائرة (الدارة) الرقمية.

تتكون الدوائر المنطقية التي تعتمد على المنطق الرقمي بشكل أساسي من عدة بوابات منطقيّة (AND,OR, XOR NAND, NOR)، ولكل بوابة منطقية خرجها الخاص بها:

AND: خرجها واحد في حال كانت جميع مدخلاتها واحد، وصفر غير ذلك.

OR: خرجها واحد إذا كانت أحد مدخلاتها على الأقل واحد، وصفر غير ذلك.

XOR: خرجها واحد إذا كان أحد الدخلين فقط واحد، وصفر غير ذلك.

NAND: الخرج واحد إذا كان أحد المدخلات على الأقل صفر، وصفر غير ذلك.

NOR: الخرج واحد إذا كانت جميع المدخلات صفر، وصفر غير ذلك.

كما يوجد أيضًا بوابات NOT ، خرجها دائمًا عكس الدخل( غالبًا لا تُعتبر بوابات منطقية لأنها لا تقوم باتخاذ القرارات).

تتكون البوابة المنطقية بشكل أساسي من خلية، وكل خلية تتكون من أربع نقاط متصلة مع بعضها بحلقة، واثنين من أجهزة قياس التيار الكهربائي أحادية النقطة.  يتم تشغيل الجهاز بتطبيق مدخلات على أبواب الخلية.

يهتم النظام القائم على المنطق الرقمي بتأمين البيئة التي تربط مكونات الحاسب الداخلية مع بعضها. ومن الجدير بالذكر أن كلمة حاسب تشمل العديد من الأجهزة، مثل أجهزة الكمبيوتر، والآلة الحاسبة، والساعات بأنواعها، و أجهزة ألعاب الكمبيوتر، وغيرها.

تتميّز الأنظمة الرقمية بأنها تتفاعل جيدًا مع الأجهزة التي تحتاج لذواكر كبيرة بشكل عام، كما أن تخزين المعلومات بواسطة هذه الأنظمة يمنح موثوقية وحصانة للمعلومات عند استرجاعها. إضافًة إلى أن أهم ما يميزها، أنّه في حال وجود ضجيج خفيف إلى متوسط لا يتأثر النظام به ويعطي نتائج صحيحة، كما لو أن هذا الضجيج غير موجود، ولكن إذا ارتفع مستوى الضجيج كثيرًا من الممكن أن يعطي النظام نتائج غير متوقعة، بنسبة خطأ كبيرة جدًا.

وبالمقابل يوجد بعض المساوئ للدوائر الرقمية، أولها أنها تحتاج لطاقة أكبر من تلك التي تحتاجها الدوائر التماثلية، وخاصًة في حال كان الجهاز يعتمد على البطارية، فسيشكل مشكلة ليست بسهلة، أمّا في حال كان الجهاز ثابت التغذية فلا مشكلة تُذكر. كما تشكل أسعارها الأغلى نسبيًا تحديًا آخرًا.

وتُعتبر الإشارات المرورية ، ودارات المصاعد، واللوحات الالكترونية المضيئة، والآلات الحاسبة، أمثلة عن الاستخدامات البسيطة  للأنظمة الرقميّة. ومن ثمّ تتطور هذه الأنظمة، وتتعقد استخداماتها لتدخل في التقنيات المستخدمة في الفضاء الخارجي. وتعدّ الحواسيب بمختلف أنواعها وأحجامها ومساحات تخزينها من أحدث وأقوى ما أنتجته الأنظمة الرقمية في العصر الحديث. ومن الجدير بالذكر أنه ما زالت الأبحاث التي تختص بتطوير الأنظمة الرقمية قائمة حتى اليوم، وكل تطوير صغير بها يُعدّ بمثابة إنجاز كبير.

أكمل القراءة

يمكن القول باختصار أن المنطق الرقمي هو النظام التسلسلي الأساسي الذي يؤدي إلى تصميم لوحة الدوائر الإلكترونية في أي جهاز يعتمد في تشغيله على الكهرباء أو الطاقة، ويتمثل المنطق هنا في معالجة القيم الثنائية من خلال تقنية لوحة الدوائر المطبوعة التي يتم استخدامها لتنفيذ العمليات المختلفة التي يستطيع الكمبيوتر القيام بها.

يعتبر المنطق الرقمي جزءًا أساسيًا في دوائر الهندسة الكهربائية والتصميم والآلات الحاسبة وألعاب الفيديو وحتى الساعات العادية والرقمية وغيرها.

أساسيات المنطق الرقمي

تتمثل أساسيات المنطق الرقمي في كيفية ترتيب الرقمين 0 و 1 فهما أساس العملية الحاسوبية، ووفقًا للترتيب المستخدم مع مكوّنات أخرى يتم كتابة الكود الذي يساعدك في إدخال الأوامر إلى الحاسب أو الآلة وتنفيذها، ويمكن ترتيب الكود باستخدام كل من:

  • AND
  • OR
  • XOR
  • NAND
  • NOR

يمكن القول أن كل بوابة من البوابات السابقة لها معنى واستخدام تتم دراسته في الدورات التدريبية المتخصصة أو أقسام الهندسة والحاسب الآلي، وقد تبدو معقدة في البداية ولكن مع معرفة كيفية الترتيب ومعنى كل بوابة وما ترمز له من مخرجات سواء تنفيذ أمر أو إلغاء آخر تُصبح الأمور أكثر منطقية.

ففي تصميم المنطق الرقمي يتم السماح بحالتين فقط من الجهد، ويُشار إلى هاتين الحالتين أو المستويين عمومًا باسم المنطق “1” والمنطق “0”، ويُعتبر الأول صحيح والمنطق الثاني خطأ، أو يُطلق عليه 1 مرتفع وعلى 0 منخفض, ويتم تمثيل هذين المستويين في علم الجبر المنطقي بالأرقام “0” و”1″، ووفقًا لترتيب هذه الأرقام الثنائية فإنه يتم كتابة الكود واختلافه من برنامج لآخر.

ويعتبر المفتاح الضوئي البسيط من الأمثلة الجيدة على الحالة الرقمية، فيمكن أن يكون المفتاح on أو of ولا يمكن أن يكون مفتوحًا ومغلقًا في الوقت ذاته، ويمكننا تلخيص العلاقة بين هذه الحالات الرقمية المختلفة على النحو التالي:

  • المنطق “1” ويُشير إلى مرتفع أو (HIGH (H أو صحيح TRUE (T)
  • المنطق “0” ويعني منخفض LOW (L) أو خطأ FALSE (F)

يُستخدم “المنطق الإيجابي”، في علم الجبر المنطقي عن طريق تمثيل المستوى المنطقي “0” أو “LOW” بالجهد الصفري واسمه أرضي أو 0 فولت، أما المستوى المنطقي “1” أو فيتم تمثيله بجهد أعلى مثل +5 فولت ويُطلق عليه اسم “جهد عالي”. وفي كتابة الكود أو تصميم الدوائر الكهربائية يجب أن يتم التبديل بين هذه المستويين بسرعة بالغة عن طريق اللغات السابق ذكرها بحيث تكون سريعة للغاية لمنع أي أخطاء في تنفيذ الأوامر ومن ثم تعطل الآلة أو البرنامج.

يوجد أيضًا نظام يدعى المنطق السلبي التكميلي الذي يتم فيه عكس قيم وقواعد المنطق “0” والمنطق “1” ولكن اصطلاح المنطق الإيجابي هو الأكثر استخدامًا.

أهم الوظائف التي تحتاج إلى دراسة المنطق الرقمي

يدخل المنطق الرقمي في أساسيات الكثير من الوظائف مثل هندسة الإلكترونيات والكمبيوتر والتكنولوجيا الهندسية وإصلاح المعدات الإلكترونية والبرمجة والهندسة الرقمية.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو المنطق الرقمي"؟