【题目编号】MC1-1278
【题目】具有两个输入端的异或门(XOR)是最简单的数字逻辑电路之一。如果这两个输入的组合分别为 00、01、10、11,则对应的输出为:
【答案】A
[A]0、1、1、0
[B]0、1、0、1
[C]0、1、1、1
[D]1、0、1、0
考点速览
这道题问的是二输入异或门(Exclusive-OR gate,XOR)的输出序列。异或的判据跟与、或都不一样:它比较两个输入端是否相同,相同时输出低电平,相异时输出高电平。按 00、01、10、11 的顺序排列,00 相同输出 0,01 和 10 相异各输出 1,11 又相同输出 0,连起来是 0、1、1、0。
异或门是六个基本门里最有“信息含量”的一个。与门、或门只回答“条件够不够”,异或门回答的是“两路是否一致”,因此它天然适合做比较、做校验、做鉴相。业余电台里的平衡混频器、单边带信号的产生、数字通信的差错检测,背后都有它。
异或门:相异为 1,相同为 0
把四种组合逐一对照:00 两路都是低电平,二者相同,输出 0;01 和 10 两路一高一低,二者相异,输出 1;11 两路都是高电平,二者又相同,输出 0。结论是 0、1、1、0。
用算术的眼光看,异或相当于“不计进位的加法”:零加零得零,零加一得一,一加零得一,一加一本来得二,把进位丢掉就剩零。所以异或有时被称作模二加。
这个性质直接带来一条极有用的规律:任何数与零异或还是它本身,与一异或则逐位取反。数字电路中要按需要决定“原样输出还是取反”,一个异或门加一根控制线就够,这也是可编程逻辑里最常见的用法之一。
从鉴相到奇偶校验
把异或门的两路输入换成两个方波信号,输出就反映了它们的相位关系:两路同相时输出恒为低,反相时输出恒为高,相位差介于两者之间时输出是一串宽度随相位差变化的脉冲。这种电路叫异或鉴相器(XOR phase detector),在锁相环里用来比较参考频率与压控振荡器的相位,锁定之后两路信号的相位差固定在九十度附近。
在双平衡混频器里,本振信号驱动的一对开关管相当于一个极性翻转开关,射频信号与其相乘(等效异或)后,输出中只剩下和频与差频,本振与射频本身都被抵消。这就是平衡混频器抑制度高的原因,也是单边带发射机抑制无用边带的关键。
数字通信里,异或被用来做奇偶校验(parity check):把一帧数据的所有位逐位异或,结果作为校验位附在后面;收端重新算一遍,不一致就说明传输中出现了错误。简单、快、开销小,代价是只能发现奇数个比特的错误。
逐项辨析
选项 A 正确:输出序列 0、1、1、0,与“相异为 1、相同为 0”完全吻合。
选项 B 给的是 0、1、0、1。它把 11 那一组也当成相异处理,输出写成了 1,实际上两路同为高电平属于相同,异或门必须输出 0。这个序列是 1 每隔一组出现一次,等于只跟随了其中一路输入。
选项 C 给的是 0、1、1、1。它把 11 这组也输出为 1,整体表现成“有 1 就 1”,那是或门(OR)的结果,不是异或门。或门与异或门唯一的差别就在最后这一组。
选项 D 给的是 1、0、1、0。它是选项 B 的反相,等于把某一路输入取反后直接输出,同样丢掉了“两路比较”这个核心动作。
四个选项的对比说明一件事:异或题的干扰项几乎都在 11 这一组做手脚。只要盯住两路都为高电平时异或门的输出必须是 0,就能一眼排除或门式的答案。
同或与异或只差一位
同或门(Exclusive-NOR,XNOR,也称异或非门)是异或门取反,输出序列是 1、0、0、1,两路相同时输出 1,相异时输出 0。它和异或门的关系,就像与非门和与门、或非门和或门的关系一样,都是“结果再取反”。
异或门和同或门在位比较器里配合使用:异或的输出为 1 表示该位不同,同或的输出为 1 表示该位相同。判断两个多位二进制数是否完全相等,就是把各位的同或结果相与,全为 1 即相等。
有一点容易忽略:异或门只有两个输入时才写作两路相异为 1;当输入多于两路,异或的含义变成“输入中 1 的个数为奇数时输出 1”。三输入异或门因此可以直接拿来算奇校验位,这也是它在可编程逻辑里常被当作校验单元的原因。
应试要点
异或门记“相异为 1”。四种输入按 00、01、10、11 排列时,输出为 0、1、1、0,答案是选项 A。判据:输出里 0 和 1 各占两个,头尾都是 0。若最后一组变成 1,那是或门;若头尾都变成 1、中间为 0,那是同或门。