فيديو الدرس: بوابات التوافق الفيزياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نحدد دخل وخرج بوابات التوافق في الدوائر المنطقية، ونكمل جداول الصواب لبوابات التوافق.

١٧:٥٤

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتناول نوعًا من البوابات المنطقية يعرف ببوابة التوافق. البوابة المنطقية هي مكون له دخل واحد أو أكثر وخرج واحد، ويمكن لكل من الدخل والخرج أن يأخذ قيمة واحدة فقط من أصل قيمتين، إما صفر وإما واحد. وبناء على قيمة الدخل أو الدخول، بالإضافة إلى سلوك البوابة المنطقية المحددة، تتحدد قيمة الخرج. قبل أن نناقش خصائص بوابة التوافق، لنتناول بوابة منطقية عامة ونناقش بعض المصطلحات أولًا.

كما ذكرنا سابقًا، يأخذ دخل أو دخول البوابة المنطقية وخرجها قيمة واحدة من أصل قيمتين. على سبيل المثال، يمكن أن تكون قيمة الدخل صفرًا أو واحدًا. وينطبق الأمر نفسه على الخرج؛ إذ يمكن أن يكون صفرًا أو واحدًا. لكننا نستخدم أحيانًا مصطلحات مختلفة بعض الشيء. على سبيل المثال، بدلًا من تمثيل الدخل أو الخرج بصفر، يمكننا تمثيله بخطأ. وفي المقابل، إذا كان أي منهما ممثلًا بواحد، يمكننا تمثيله بصواب. بعبارة أخرى، بدلًا من صفر أو واحد، يمكننا القول إنه خطأ أو صواب. يمكننا القول أيضًا، بدلًا من صفر أو واحد أو خطأ أو صواب، إن الدخل أو الخرج في وضع إيقاف أو وضع تشغيل.

بعبارة أخرى، لنفترض أننا نتحدث عن هذا الدخل، وهو ممثل بصفر. يمكننا القول أيضًا إن الدخل خطأ أو في وضع إيقاف. ثم لنفترض أن هذا الخرج يساوي واحدًا. يمكننا القول أيضًا إن الخرج صواب أو في وضع تشغيل. لا تهم المصطلحات التي نستخدمها. علينا فقط أن نعرف أنها موجودة. من الجدير بالذكر أننا نستخدم مصطلحي الإيقاف والتشغيل بشكل أكثر شيوعًا عندما نتحدث عن الدوائر الكهربية. على سبيل المثال، إذا كانت لدينا بوابة توافق موصلة ضمن دائرة كهربية تمتد في هذا الاتجاه وفي هذا الاتجاه، وفكرنا في دخلي بوابة التوافق الممثلين عادة على الطرف الأيسر من مخطط الدائرة الكهربية، فقد نلاحظ وجود تيار يتدفق في أحد هذين الدخلين.

لكن لا يتدفق تيار في الدخل الآخر. حسنًا، في هذه الحالة يمكن القول إن الدخل العلوي في وضع تشغيل والدخل السفلي في وضع إيقاف. يمكننا أيضًا القول إن الدخل العلوي قيمته واحد والدخل السفلي قيمته صفر. وبدلًا من ذلك، يمكننا استخدام مصطلحي صواب وخطأ إذا أردنا. على أية حال، لقد بدأنا بالفعل في شرح بوابة التوافق. فدعونا نتحدث عنها بمزيد من التفصيل.

أولًا علينا معرفة أن هذا هو الرمز الذي نستخدمه في تمثيل بوابة التوافق. وهو في الأساس على شكل حرف ‪D‬‏. ومن ثم، تتمثل إحدى الطرق البسيطة لتذكر رمز بوابة التوافق في تذكر أن مصطلح بوابة التوافق في اللغة الإنجليزية هو ‪AND‬‏ وهو ينتهي بحرف ‪D‬‏. الشيء الآخر الذي يمكننا ملاحظته بشأن بوابة التوافق هذه هو أن لها دخلين. تكون الدخول عادة على الجانب الأيسر من البوابة المنطقية، بينما يكون خرج البوابة على اليمين. وبناء على قيم هذين الدخلين، سيحصل الخرج على قيمة محددة أيضًا.

هذه العلاقة بين قيم الدخل والقيم المقابلة للخرج هي التي تمكننا من التمييز بين الأنواع المختلفة من البوابات المنطقية. بعبارة أخرى، بالنسبة لمجموعة محددة من قيم الدخل، ولتكن صفرًا وواحدًا، ستعطي بوابة التوافق قيمة محددة للخرج قد لا تكون القيمة نفسها التي تعطيها بوابة منطقية أخرى. ولتكن مثلًا بوابة الاختيار. لذا لكي نفهم سلوك بوابة التوافق، لننشئ ما يعرف بجدول الصواب.

جدول الصواب هو جدول يسمح لنا بمعرفة خرج بوابة التوافق لأي مجموعة من الدخول. وترجع تسمية جدول الصواب بهذا الاسم إلى أنه يخبرنا بالحالات التي سيكون فيها خرج البوابة المنطقية صوابًا. في واقع الأمر، يعطينا الجدول معلومات بشأن خرج أي مجموعة من الدخول، كما ذكرنا سابقًا. لكي نبدأ في إنشاء جدول الصواب، علينا وضع عمود لكل دخل وعمود آخر للخرج أيضًا. لنفترض أن الدخل الأول للبوابة المنطقية اسمه الدخل ‪A‬‏. والدخل الثاني سنسميه ‪B‬‏. إذن هذا هو جدول الصواب. لدينا عمود للدخل ‪A‬‏، وعمود آخر للدخل ‪B‬‏، وعمود ثالث للخرج.

لنبدأ الآن في ملء جدول الصواب بأن نقول إنه في الحالة الأولى، الدخل ‪A‬‏ والدخل ‪B‬‏ قيمتهما صفر. في هذه الحالة، يمكننا التوضيح في جدول الصواب أن قيمة الدخل ‪A‬‏ هي صفر وقيمة الدخل ‪B‬‏ صفر أيضًا. حسنًا، في هذه الحالة سيكون خرج بوابة التوافق صفرًا. وبذلك يمكننا أن نكتب في جدول الصواب أن الخرج في هذه الحالة يكون صفرًا. في الحالة الثانية، لنقل إننا أبقينا قيمة الدخل ‪A‬‏ صفرًا كما هي. لكننا غيرنا الدخل ‪B‬‏ ليصبح واحدًا. يمكننا القول أيضًا إن قيمته هي صواب أو في وضع تشغيل. بناء على ذلك، نوضح في جدول الصواب أن الدخل ‪A‬‏ لا يزال صفرًا، بينما الدخل ‪B‬‏ واحد. في هذه الحالة، يظل خرج بوابة التوافق صفرًا. بذلك نكون قد أكملنا الصف الثاني من جدول الصواب.

لننظر الآن في حالة ثالثة، حيث يكون الدخل ‪A‬‏ واحدًا هذه المرة لكن الدخل ‪B‬‏ صفر. في هذه الحالة، يظل خرج بوابة التوافق صفرًا. ومن ثم، في الصف الثالث من جدول الصواب، يمكننا توضيح أن الدخل ‪A‬‏ واحد، والدخل ‪B‬‏ صفر، ومن ثم يكون الخرج صفرًا أيضًا. بذلك نكون قد وضعنا ثلاث تجميعات مختلفة للدخلين في جدول الصواب. لكن توجد تجميعة أخرى لم ننظر فيها بعد. في هذه التجميعة، يكون الدخل ‪A‬‏ والدخل ‪B‬‏ كلاهما واحدًا. في هذه الحالة، تعطي بوابة التوافق خرجًا قيمته واحد. ومن ثم، في جدول الصواب، يمكننا توضيح أن الدخل ‪A‬‏ واحد، والدخل ‪B‬‏ واحد، والخرج واحد أيضًا.

بذلك نكون قد أدخلنا كل التجميعات الممكنة للدخلين في جدول الصواب. التجميعة الأولى الممكنة هي عندما يكون كلا الدخلين صفرًا. والتجميعة الثانية الممكنة هي عندما يظل الدخل ‪A‬‏ كما هو، بينما يتغير الدخل ‪B‬‏ إلى واحد. والتجميعة الثالثة هي عندما يكون الدخل ‪A‬‏ واحدًا، بينما يكون الدخل ‪B‬‏ صفرًا. والتجميعة الأخيرة هي عندما يكون كلا الدخلين واحدًا. رأينا أيضًا قيمة الخرج المقابلة في كل حالة. وهذا يوضح لنا بشكل جيد لماذا يسمى هذا النوع من البوابات المنطقية ببوابة التوافق. فترجع تسمية هذا النوع من البوابات المنطقية التي لها جدول الصواب هذا ببوابة التوافق إلى أن الحالة الوحيدة التي يكون فيها الخرج واحدًا هي عندما تكون قيمة كلا الدخلين ‪A‬‏ و‪B‬‏ واحدًا. يمكننا كتابة هذا هنا. لكي يأخذ الخرج قيمة واحد، يجب أن تكون قيمة كلا الدخلين ‪A‬‏ و‪B‬‏ واحدًا. نلاحظ أنه في أي حالة أخرى، يكون الخرج صفرًا. ولهذا يعرف هذا النوع من البوابات المنطقية ببوابة التوافق.

لزيادة فهمنا لكيفية عمل بوابات التوافق، دعونا نفكر في حالة بسيطة للغاية يكون فيها خرج بوابة التوافق موصلًا بمصباح. ها هي بوابة التوافق، وهي بوابة تتخذ شكل حرف ‪D‬‏ وتحتوي على دخلين وخرج واحد. وخرجها متصل بمصباح. رسمنا خطوطًا متقطعة هنا لتمثيل بقية الدائرة الكهربية. وهذا يوضح ببساطة أننا لسنا بحاجة إلى رسم بقية الدائرة. على أية حال، لنفترض أولًا أن قيمة كلا دخلي بوابة التوافق هي صفر. وفي دائرة كهربية، يمكننا القول إنهما في وضع إيقاف. لكن لكي نبسط الأمور، سنستخدم الصفر والواحد. إذن على أية حال، كلا الدخلين قيمتهما صفر.

حسنًا، إذا تذكرنا جدول الصواب لبوابة التوافق حيث لدينا الدخل ‪A‬‏ في هذا العمود، والدخل ‪B‬‏ في هذا العمود، والخرج في هذا العمود، نلاحظ أنه عندما يكون كلا الدخلين صفرًا، يكون الخرج صفرًا أيضًا. بعبارة أخرى، يكون خرج بوابة التوافق صفرًا أو في وضع إيقاف. هذا يعني أنه لن يمر أي تيار خلال الخرج. ومن ثم لن يضيء المصباح. لكن ماذا لو غيرنا الدخل الثاني إلى واحد أو إلى وضع تشغيل؟ في هذه الحالة، نرى أن الدخل ‪A‬‏ صفر، والدخل ‪B‬‏ واحد، والخرج لا يزال صفرًا. إذن مرة أخرى، لن يمر تيار عبر الخرج، ولن يضيء المصباح. يحدث ذلك أيضًا إذا كان الدخل ‪A‬‏ واحدًا والدخل ‪B‬‏ صفرًا، لأنه في هذه الحالة أيضًا سيكون الخرج صفرًا. ومن ثم لا يمر تيار عبر الخرج ولن يضيء المصباح في هذه المرة أيضًا.

لكن إذا كانت قيمة كلا الدخلين واحدًا، يمكننا أن نلاحظ من جدول الصواب أن الخرج سيكون واحدًا أيضًا. هذا يعني مرور تيار عبر الخرج، ومن ثم سيضيء المصباح. بعبارة أخرى، في هذه الدائرة الكهربية، تعمل بوابة التوافق عمل المفتاح المزدوج. فيجب أن تكون قيمة كلا الدخلين واحدًا أو أن يكونا في حالة تشغيل لكي نتمكن من إضاءة هذا المصباح. وقد تعد هذه خاصية أمان مفيدة نوعًا ما، لا سيما في الحالات التي يكون فيها تشغيل هذا المكون خطرًا، إذا لم يكن مجرد مصباح. تكون مفيدة كذلك إذا كان مرور التيار عن طريق الخطأ عبر أحد هذين الدخلين أمرًا سهلًا. لذا فإن استخدام بوابة التوافق يكون مفيدًا عندما تحتاج إلى أن تكون قيمة كلا الدخلين واحدًا لكي تتمكن من تشغيل هذا المصباح أو أي مكون آخر.

في الحياة اليومية، تشكل بوابات التوافق بالإضافة إلى البوابات المنطقية الأخرى جزءًا مهمًا للغاية من الدوائر الموجودة داخل أجهزة الحاسوب التي نستخدمها في الوقت الحاضر، وهذا رائع، أليس كذلك؟ والآن، بعد أن ألقينا نظرة مفصلة على بوابات التوافق، دعونا نتناول سؤالًا تدريبيًا.

أي الرموز الآتية يمثل بوابة توافق؟

حسنًا، في هذا السؤال، لدينا أربعة رموز متشابهة نسبيًا وعلينا تحديد أي منها يمثل بوابة توافق. نلاحظ في كل رمز من هذه الرموز أن البوابة لها دخلان وخرج واحد. وكما نعلم، بوابة التوافق لها دخلان وخرج واحد. لكن بما أن كل خيار من هذه الخيارات له دخلان وخرج واحد، لا يمكننا استخدام ذلك كعامل محدد. بدلًا من ذلك، يمكننا استخدام طريقة معينة لتذكر ما يجب أن يبدو عليه رمز بوابة التوافق. فنتذكر أن رمز بوابة التوافق يجب أن يكون على شكل حرف ‪D‬‏. وهذا أمر يسهل تذكره لأن مصطلح بوابة التوافق بالإنجليزية هو ‪AND‬‏ وهو ينتهي بحرف ‪D‬‏. إذن بناء على هذه المعلومة، يمكننا استعراض الخيارات من (أ) إلى (د).

لنبدأ بالخيار (أ). يبدو الخيار (أ) واعدًا. فنلاحظ أن الشكل ‪D‬‏ موجود في الرمز. لكن نظرًا لوجود دائرة صغيرة بعد الشكل ‪D‬‏، نعلم أن هذا الرمز لا يمكن أن يمثل بوابة توافق. وذلك لأن الدائرة الصغيرة تمثل شيئًا آخر. فهي تحول الرمز إلى ما يعرف ببوابة عاكس التوافق. على أي حال، الخيار (أ) ليس الإجابة الصحيحة لهذا السؤال. عند النظر إلى الخيار (ب)، نلاحظ أنه لدينا تقريبًا شكل حرف ‪D‬‏ ولكن الطرف الأيسر منحن. ولذلك فهو لا يبدو مثل الحرف ‪D‬‏. وبناء على ذلك، ليس الخيار (ب) إجابة السؤال أيضًا.

ينطبق الأمر نفسه على الخيار (ج). فالرمز الموضح على شكل حرف ‪D‬‏، لكنه يتضمن هذا الانحناء على الطرف الأيسر. كما أن به دائرة على اليمين. إذن لا يمكن أن يمثل رمز بوابة التوافق، بينما يوضح الخيار (د) رمزًا على شكل حرف ‪D‬‏ لبوابة التوافق. ولا يتضمن أي شيء آخر. فلا يوجد به دائرة صغيرة على اليمين أو قوس على اليسار. ومن ثم، يمثل الخيار (د) الإجابة التي نبحث عنها. بناء على ذلك، يمكننا القول إن هذا هو الرمز الذي يمثل بوابة التوافق.

والآن بعد أن أجبنا على هذا السؤال، دعونا نتناول سؤالًا آخر.

يوضح جدول الصواب خرج بوابة توافق لعدة تجميعات من الدخول. ما قيمة ‪p‬‏ في الجدول؟ ما قيمة ‪q‬‏ في الجدول؟ في هذا السؤال، لدينا جدول صواب لبوابة توافق على وجه التحديد. ولكن بدلًا من أن يملأ كله بالصفر والواحد، نلاحظ أنه في هذا الموضع لدينا الحرف ‪p‬‏. وفي هذا الموضع، لدينا الحرف ‪q‬‏. ويطلب منا السؤال إيجاد قيمتي ‪p‬‏ و‪q‬‏. لكي نفعل ذلك، علينا تذكر سلوك بوابة التوافق. يمكننا تذكر أن بوابة التوافق تعطينا خرجًا قيمته واحد فقط في الحالة التي يكون فيها الدخل ‪A‬‏ والدخل ‪B‬‏ كلاهما واحد. بعبارة أخرى، في أي تجميعة أخرى للدخل، مثل صفر صفر أو صفر واحد أو واحد صفر، يكون الخرج صفرًا. ولكن إذا كانت قيمة كلا الدخلين واحدًا، فسيكون الخرج واحدًا أيضًا.

دعونا ننظر أولًا إلى الحرف ‪p‬‏. نلاحظ أن الحرف ‪p‬‏ يمثل خرج بوابة التوافق إذا كان الدخل ‪A‬‏ صفرًا والدخل ‪B‬‏ واحدًا. حسنًا، في هذه الحالة، ليست قيمة كلا الدخلين واحدًا، وإنما أحدهما فقط. ومن ثم، سيكون خرج بوابة التوافق صفرًا. وبذلك يمكننا القول إن قيمة ‪p‬‏ في الجدول هي صفر. دعونا ننتقل إلى الحرف ‪q‬‏. يمثل ‪q‬‏ الخرج إذا كانت قيمة الدخل ‪A‬‏ واحدًا وقيمة الدخل ‪B‬‏ واحدًا. ويمكننا أن نرى في هذه العبارة أنه عندما تكون قيمة كلا الدخلين واحدًا، فإن خرج بوابة التوافق يكون واحدًا أيضًا. وبذلك يمكننا القول إن قيمة ‪q‬‏ في الجدول هي واحد.

بعد أن تناولنا سؤالين تدريبيين، دعونا نلخص ما تناولناه في هذا الدرس. رأينا أولًا أن بوابة التوافق هي بوابة منطقية لها دخلان ثنائيان وخرج ثنائي واحد، وتعني كلمة ثنائي أنه يمكن أن يأخذ قيمة واحدة فقط من أصل قيمتين. إذن يمكن لكل من دخلي بوابة التوافق أن يكون صفرًا أو واحدًا. وينطبق الأمر نفسه على الخرج. وتعني حقيقة أنه يمكن أن يأخذ قيمة واحدة من أصل قيمتين أنه دخل أو خرج ثنائي. تحدثنا أيضًا عن بوابة التوافق بالتحديد. إذا افترضنا أن الدخلين يطلق عليهما الدخل ‪A‬‏ والدخل ‪B‬‏، فستعطي بوابة التوافق خرجًا يساوي واحدًا إذا كانت قيمة كلا الدخلين ‪A‬‏ و‪B‬‏ واحدًا. وأخيرًا، رأينا أن بوابات التوافق، بالإضافة إلى البوابات المنطقية الأخرى، تستخدم عادة في الدوائر الموجودة في أجهزة الحاسوب.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.