18. قيود المنطق العملي: Fan-in، Fan-out، والتأخيرات

يفترض المنطق النظري وجود بوابات مثالية، لكن البوابات الفيزيائية الحقيقية لها قيود تؤثر على أداء الدارة.

1. Fan-in (عدد المدخلات)

Fan-in هو الحد الأقصى لعدد المدخلات التي يمكن أن تقبلها البوابة الفيزيائية. تحتوي البوابات القياسية عادةً على 2، 3، أو 4 مدخلات. إذا تطلب تعبير ما بوابة AND بخمسة مدخلات، يجب عليك بناؤها باستخدام بوابات أصغر متعددة (على سبيل المثال، بوابتي بـ 3 مدخلات).

2. Fan-out (عدد الأحمال)

Fan-out هو الحد الأقصى لعدد المدخلات (الأحمال) التي يمكن أن يشغلها خرج بوابة واحدة دون تجاوز حدود التيار المسموح بها وتدهور مستويات الجهد (سلامة الإشارة). تجاوز الـ Fan-out يسبب تشغيلًا بطيئًا ومستويات منطقية غير موثوقة.

3. تأخير الانتشار ($t_{pd}$)

تأخير الانتشار هو الوقت المطلوب لمرور الإشارة عبر البوابة، من لحظة تغير المدخل حتى استقرار الخرج. يُقاس بالنانو ثانية (ns).

• $t_{PHL}$: التأخير عندما يتغير الخرج من عالٍ (High) إلى منخفض (Low).
• $t_{PLH}$: التأخير عندما يتغير الخرج من منخفض (Low) إلى عالٍ (High).
• التأخير الإجمالي: في سلسلة من البوابات، يكون التأخير الإجمالي هو مجموع تأخيرات الانتشار لجميع البوابات على طول المسار (المعروف باسم المسار الحرج Critical Path).

يؤدي تقليل عدد مستويات البوابات (التبسيط) مباشرة إلى تقليل تأخير الانتشار الكلي، مما يؤدي إلى دوائر أسرع.