เจาะลึก Logic Gate คืออะไร สรุปครบทุกประเภท พร้อมตารางความจริง (Truth Table)

ในโลกของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และระบบอิเล็กทรอนิกส์ Logic Gate หรือ “ประตูลอจิก” ถือเป็นหัวใจสำคัญที่เปรียบเสมือนก้อนอิฐพื้นฐานในการสร้างวงจรดิจิทัล ตั้งแต่ชิปขนาดเล็กไปจนถึงหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) ที่ซับซ้อน

บทความนี้จะพาท่านไปทำความเข้าใจนิยามของ Logic Gate และเจาะลึกการทำงานของเกตแต่ละประเภทอย่างละเอียด พร้อม ตารางความจริง (Truth Table) เพื่อความเข้าใจที่ถูกต้องและแม่นยำกันครับ

Logic Gate คืออะไร

Logic Gate คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่ประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (Digital Signal) โดยอาศัยหลักการทางคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า พีชคณิตบูลีน (Boolean Algebra)

Logic Gate จะรับสัญญาณอินพุต (Input) ที่อยู่ในรูปของเลขฐานสอง คือ 0 (Low/False) และ 1 (High/True) เข้ามาประมวลผล แล้วส่งออกเป็นสัญญาณเอาต์พุต (Output) เพียงค่าเดียวตามเงื่อนไขทางตรรกะที่กำหนดไว้

ประเภทของ Logic Gate

Logic Gate สามารถจำแนกออกเป็น 3 กลุ่มหลัก ได้แก่ Basic Gates, Universal Gates และ Exclusive Gates โดยมีรายละเอียดดังนี้

1. Basic Gates (เกตพื้นฐาน)

1.1 AND Gate

ทำหน้าที่เสมือนการ “คูณ” ทางตรรกะ ($A \cdot B$)

• หลักการทำงาน: เอาต์พุตจะเป็น 1 ก็ต่อเมื่ออินพุตทุกตัวเป็น 1 เท่านั้น (ต้องเป็นจริงทั้งคู่) กรณีอื่นจะเป็น 0 ทั้งหมด

Input A	Input B	Output (Y)
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

1.2 OR Gate

ทำหน้าที่เสมือนการ “บวก” ทางตรรกะ (A + B)

• หลักการทำงาน: เอาต์พุตจะเป็น 1 เมื่อมีอินพุตตัวใดตัวหนึ่ง (หรือทั้งคู่) เป็น 1 (เป็นจริงเพียงหนึ่ง ก็เป็นจริงทันที)

Input A	Input B	Output (Y)
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

1.3 NOT Gate (Inverter)

ทำหน้าที่ “กลับค่า” สัญญาณ (A’ หรือ $\bar{A}$)

• หลักการทำงาน: มีอินพุตเพียงขาเดียว หากอินพุตเป็น 1 เอาต์พุตจะเป็น 0 และหากอินพุตเป็น 0 เอาต์พุตจะเป็น 1

Input A	Output (Y)
0	1
1	0

2. Universal Gates (เกตอเนกประสงค์)

เรียกว่า “Universal” เพราะสามารถนำเกตชนิดนี้มาต่อรวมกันเพื่อสร้างฟังก์ชันการทำงานของเกตชนิดอื่นๆ (AND, OR, NOT) ได้ทั้งหมด

2.1 NAND Gate (NOT-AND)

คือการนำ AND Gate มาต่อด้วย NOT Gate $(\bar{A \cdot B})$

• หลักการทำงาน: ให้ผลลัพธ์ตรงข้ามกับ AND Gate คือ เอาต์พุตจะเป็น 0 ก็ต่อเมื่ออินพุตทุกตัวเป็น 1 นอกนั้นจะเป็น 1 ทั้งหมด

Input A	Input B	Output (Y)
0	0	1
0	1	1
1	0	1
1	1	0

2.2 NOR Gate (NOT-OR)

คือการนำ OR Gate มาต่อด้วย NOT Gate $(\bar{A + B})$

• หลักการทำงาน: ให้ผลลัพธ์ตรงข้ามกับ OR Gate คือ เอาต์พุตจะเป็น 1 ก็ต่อเมื่ออินพุตทุกตัวเป็น 0 เท่านั้น

Input A	Input B	Output (Y)
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

3. Exclusive Gates (เกตพิเศษ)

เป็นเกตที่ออกแบบมาเพื่อการเปรียบเทียบค่าทางตรรกะ นิยมใช้ในวงจรบวกเลข (Adder) และการตรวจสอบข้อมูล

3.1 XOR Gate (Exclusive-OR)

หรือเรียกว่า “เกตต่างกันได้ 1” $(A \oplus B)$

• หลักการทำงาน: เอาต์พุตจะเป็น 1 เมื่ออินพุตทั้งสองมีค่า ต่างกัน (ตัวหนึ่งเป็น 0 อีกตัวเป็น 1) หากเหมือนกันจะได้ 0

Input A	Input B	Output (Y)
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

3.2 XNOR Gate (Exclusive-NOR)

หรือเรียกว่า “เกตเหมือนกันได้ 1” $(\bar{A \oplus B})$

• หลักการทำงาน: ตรงข้ามกับ XOR คือ เอาต์พุตจะเป็น 1 เมื่ออินพุตทั้งสองมีค่า เหมือนกัน

Input A	Input B	Output (Y)
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	1