Wie viele Transistoren hat ein Logikgatter?

Wie viele Transistoren hat ein Logikgatter?

Wenn mich jemand fragt, sage ich ihm:

  • Ein NICHT-Gatter ist 1 Transistor.
  • Ein NAND-Gatter ist 1 Transistor pro Eingang.
  • Ein NOR-Gatter ist 1 Transistor pro Eingang.
  • Ein UND-Gatter ist im Grunde ein NAND-Gatter + ein NICHT-Gatter, also braucht es 1 Transistor mehr als ein NAND-Gatter.
  • Gleiches gilt für ODER vs. NOR.
  • Ein XOR-Gatter wird aus mehreren anderen Gattern aufgebaut, typischerweise etwa ~4.

Klingt ziemlich vernünftig, oder? Die Sache ist die, mir ist gerade aufgefallen ... Ich habe keine Ahnung, warum ich denke, dass dies die richtigen Zahlen sind. Ich kann mich nicht erinnern, das irgendwo gelesen zu haben oder so. Ich fange an zu denken, vielleicht habe ich es mir nur ausgedacht. Sicher, es klingt überzeugend; aber das macht es nicht richtig !

Was ist also die tatsächliche Anzahl von Transistoren pro Gate? Ich kann mir vorstellen, dass es unterschiedlich ist, je nachdem, welche Logikfamilie wir diskutieren. (Mein Gehirn sagt mir, dass die obigen Zahlen für TTL sind und CMOS genau das Doppelte davon ist, aber ich weiß auch hier nicht, ob wirklich ein Funken Wahrheit daran ist.) Wenn es einen Unterschied macht, ich ' Am meisten interessiere ich mich für TTL und CMOS.

Ihr Start ist bereits falsch, ein NICHT-Gatter hat zwei "Transistoren".
Es gab 5 Arten von TTL und jetzt über 30 Arten von CMOS. Diese Frage mag vor 50 Jahren bei RTL relevant gewesen sein.
Sie können mit einem Transistor ein NICHT-Gatter erstellen, aber es gibt sehr gute Gründe, dies nicht zu tun. Sie können einen N [Eingang NAND oder NOR mit einem Transistor (und N Dioden) erstellen - ebenso. (Sie können Gates ganz ohne Transistoren bauen, wenn Sie mit Vakuumröhren spielen dürfen ...) Wenn Sie das Letzte ignorieren, schauen Sie sich RTL und DTL (Widerstands- und Dioden-Transistor-Logik) an, die TTL vorausgingen.
CMOS-Wechselrichter hat zwei. CMOS-NAND mit zwei Eingängen hat vier. Den Rest finden Sie ganz einfach mit Ihrer bevorzugten Suchmaschine.
Hängt vom spezifischen Teil ab; Einige Gatter haben zusätzliche Transistoren (z. B. zwei kaskadierte Inverter mit großflächigen Transistoren auf der letzten Stufe) am Ausgang, um ihn zu puffern.
Ja, ein Chip/Teil wie 74HC04 verwendet Puffer, aber es gibt auch ungepufferte Chips wie 74HCU04. OP sprach nur über Gates selbst, nicht über bestimmte Chips, die eine Logikfunktion implementieren, da dies unterschiedlich sein wird. Chips enthalten sicherlich auch andere Elemente wie Schutzdioden, ESD-Klemmen usw.
Ich zumindest würde die Puffer als Teil des Gates zählen, da ich keinen besonderen Sinn darin sehe, sie separat zu behandeln. In jedem Fall ist die Anzahl der Transistoren pro Gate auch ohne Berücksichtigung von Puffern sehr variabel, da die Leute versuchen, Parameter fein abzustimmen.
Ich verstehe deine Argumentation. Ich würde den Puffer nur als Ausgangsstufe für den Ausgangspin zählen. Es gibt wenig Grund, dort Puffer zu platzieren, wenn das Signal auf demselben Chip intern ist und nur zu einem Eingang eines anderen Logikgatters geht. Manchmal werden jedoch Puffer für interne Signale benötigt, daher wird es tatsächlich variieren.
Nur um zur Verwirrung beizutragen, sehen Sie sich ein RTL NOR an . Das verwendet nur einen Transistor. Es könnte auch eine negative Spannungsschiene statt einfach Masse "bevorzugen". Aber es geht auch ohne doppelte Versorgung, wie dort gezeigt.

Antworten (3)

Wenn Sie Gatter aus diskreten Transistoren, Dioden und Widerständen herstellen, können Sie einen Inverter mit einem Transistor, ein NAND mit zwei Transistoren oder mit Dioden herstellen.

Wenn es sich um eine integrierte Schaltung handelt, in der ein Widerstand komplexer herzustellen ist als ein Transistor, werden mehr Transistoren entweder zur Polarisierung (z. B. kein alter NMOS) oder jetzt als Teil komplexerer Schaltungen mit komplementärer Logik wie CMOS verwendet. Ein einfacher CMOS-Inverter verwendet 2 Transistoren. Eingänge können durch Verwendung von Transistoren mit mehreren Gate-Kontakten hinzugefügt werden.

Es funktioniert, wenn dieses Tor eines unter vielen anderen ist und ein paar ähnliche Tore antreibt. Bei großen Fan-Out-Gattern oder wenn diese Gatter als Komponenten verkauft werden, wie ein 7400 oder ein HC4000, gibt es zusätzliche Transistoren mit unterschiedlichen Geometrien zur Konditionierung des Eingangs, die den Ausgangsnennstrom vervielfachen.

Siehe die erste Antwort auf diese Frage . Es zeigt eine TTL-Wechselrichterschaltung mit einem Totem-Pole-Ausgang; Es gibt vier Transistoren. Ein TTL-NAND-Gatter hätte ebenfalls vier Transistoren, aber die Eingangsseite hätte einen Dual-Emitter-Transistor.

Ein ungepufferter CMOS-Inverter hat nur zwei Transistoren, ja, aber ein gepufferter Inverter hat mehr (entweder vier oder sechs, ich kann mich nicht erinnern, welche, oder vielleicht variiert es).

Es hängt von der Logikfamilie ab, es hängt auch davon ab, was genau Sie als Transistor zählen.

Für ein einfaches ungepuffertes CMOS NAND/NOR/NOT haben Sie zwei Transistoren pro Eingang.

Für ein ungepuffertes NMOS oder PMOS NAND/NOR/NOT haben Sie einen Transistor pro Eingang, aber Sie haben auch einen Pullup oder Pulldown, dieser Pullup oder Pulldown kann ein Widerstand sein, aber es ist häufiger ein schwacher Transistor.

Viele praktische diskrete Gatter werden gepuffert, das heißt, ihnen werden zusätzliche Inverterstufen hinzugefügt, um die Ausgangstreiberstärke zu verbessern und die Treiberstärke zu verhindern, je nachdem, welche Kombination von Eingängen aktiv ist.

TTL ist komplexer, ein einfaches TTL-NAND-Gatter hat zwei Transistoren plus einige Widerstände, aber einer dieser Transistoren ist ein spezieller mit zwei Emittern, außerdem haben viele TTL-Gatter einen "Totempfahl" -Ausgang, der ein oder zwei zusätzliche Transistoren hinzufügt. In TTL ist NOR wesentlich komplizierter als NAND, daher wird es oft vermieden.

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