Logikai kapuk: A tranzisztor és az öt alapkapu

A legtöbb mai számítógép két- vagy többszintű, de hatszintű gépek is léteznek. Az általunk vizsgált legalsó szint a 0. szint, a gép valódi hardvere: a digitális logika szintje. Ennek az áramkörei hajtják végre az 1. szintű gépi nyelvű programokat. A digitális áramkör egy olyan áramkör, amelyben csak két logikai érték van jelen. Tipikusan a 0 és 1 volt (V) közötti jel reprezentál egy értéket (például a bináris 0-t), és a 2 és 5 közötti egy másik értéket (például a bináris 1-et). Ezen a két intervallumon kívüli feszültségértékek nem megengedettek. Minden modern digitális logika végül is azon a tényen alapul, hogy egy tranzisztor úgy tud működni, mint egy nagyon gyors bináris (kétállapotú) kapcsoló.

A digitális logika lényeges elemei a kapuk (gates). Bár a kapuk olyan analóg alkatrészekből épülnek fel, mint például a tranzisztorok, szerepük szerint digitális eszközöknek tekinthetők. Minden kapunak egy vagy több digitális bemenete van (a 0 vagy az 1 értéket reprezelntáló jelek), kimenetként pedig ezkből egyszerű függvényértékeket számolnak ki. Így tehát kétértékű jelek különböző függvényeit kapjuk meg. Ezek a kapuk alkotják azt a hardverbázist, amelyből minden digitális számítógép felépül. Néhány kapuból összeállítható egy 1 bites memória, amely a 0 vagy 1 értéket képes tárolni, de kapukból építhetjük fel magát az aritmetikai egységet is.

Az öt logikai kapu a NEM (NOT), a NEM-ÉS (NAND), a NEM-VAGY (NOR), az ÉS (AND) és a VAGY (OR) kapuk. Az elsőként megismert tranzisztor éppen a NEM kapunak felel meg. Két tranzisztort egymás után sorba köthetünk, ekkor ha V₁ és V₂ is magas, mindkét tranzisztor vezetni fog, és V_ki alacsony lesz. Ha valamelyik bemenet alacsony, a megfelelő tranzisztor zárva lesz, a kimenet pedig magas lesz. Ez megfelel a NEM-ÉS kapunak. Két tranzisztort párhuzamosan is kapcsolhatunk soros helyett. Ekkor, ha valamelyik bemenet magas, a megfelelő tranzisztor vezet, és a kimenetet földeli. Ha a két bemenet alacsony, a kimenet magas marad. Ez a NEM-VAGY kapunak felel meg.