Digitaalilaitteet suorittavat erittäin monimutkaisia usein laskennallisia tehtäviä. Pohjimmaiset operaatiot ovat kuitenkin hyvin yksinkertaisia. Digitaalipiirien suunnittelu perustuu ns. Boolean algebraan, joka muistuttaa matemaattista logiikkaa, joskaan ei vastaa sitä kaikilta ominaisuuksiltaan.

Digitaalilaitteet toteutetaan kytkentäalgebralla. Kytkentäalgebra pyrkii toimimaan Boolean algebran mukaan. (Nopeissa ja monimutkaisissa sovelluksissa esim. porttien hitaus aiheuttaa rajoituksia.) Kytkentäfunktiot eli loogiset funktiot muodostetaan logiikkapiireillä, joita on hyvin eri tyyppisiä. Esimerkiksi porttipiirit, joiden käsittely aloitetaan tällä luennolla ovat loogisia piirejä.

Digitaalisella signaalilla on kaksi arvoa (0 ja 1). Signaaleista muodostetaan uusia signaaleja tietyin perustein. (Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että yhtä tai useampaa signaalia kuljetetaan erilaisten piirielementtien läpi, jolloin muodostuu erilainen uusi signaali. Ehkäpä esimerkki selvittää.)

Esimerkki signaaleista
Esimerkkimme on elävästä elämästä tilanne kun ylitetään ajorataa liikennevalojen kohdalta.

Meillä on kaksi ottosignaalia (nämä siis tulevat laitteeseen sisään), joiden perusteella teemme tienylitys päätöksen:

• EI_AUTO (autoa ei näy): signaalin arvo on 1, kun autoja ei näy; signaalin arvo on 0, kun autoja on tulossa
• V_VALO (vihreä valo palaa): signaalin arvo on 1, kun valo palaa; signaalin arvo on 0, kun valo ei pala

Sovitaan, että on turvallista ylittää tie, mikäli autoja ei näy ja vihreä valo palaa. Halutaan antosignaali (signaali, jonka laite antaa ulos), joka kertoo milloin on turvallista ylittää tie. Annetaan antosignaalille nimeksi TURVA. Tällöin voidaan muodostaa TURVA signaalille looginen ehto: TURVA = EI_AUTO ja V_VALO. (Mikä siis tulkitaan, että TURVA signaali saa arvon 1, jos sekä EI_AUTO = 1 että V_VALO = 1)

Tässä esimerkissä kaikki signaalit ovat muuttujasignaaleita. Niiden arvo siis voi vaihdella ajanhetkestä toiseen. (Vakiosignaali olisi aina joko 0 tai 1.)

edellinen sivu       seuraava sivu