Stan na wyjściu bramki cyfrowej nie zmienia się natychmiast po zmianie stanu jej wejść, lecz z pewnym opóźnieniem, zwanym czasem propagacji sygnału. Spowodowane jest to tym, iż elementy elektroniczne, tworzące bramkę cyfrową, pracują ze skończoną szybkością. Dla współczesnych układów cyfrowych czasy propagacji wynoszą od 1ns (nano sekunda = jedna miliardowa część sekundy) do kilkunastu ns.

Na rysunku po prawej stronie obserwujemy efekt propagacji sygnału w bramce logicznej. Pomimo zmiany stanu wejść, na wyjściu bramki AND wciąż utrzymuje się przez krótką chwilę poprzedni stan, zaznaczony na wykresie kolorem czerwonym. Konsekwencje tego faktu są bardzo poważne.

Rozważmy następujący przykład prostej sieci logicznej:

Sieć realizuje funkcję:

Wynika z tego, iż na wyjściu bramki OR powinien się utrzymywać poziom logiczny 1 bez względu na poziom logiczny wejścia A. Tak by faktycznie było, gdyby bramki przełączały się natychmiast.

Załóżmy, iż na wejściu A panuje poziom logiczny 1. Stan sieci jest następujący:

Teraz załóżmy, iż wejście A zmienia swój poziom z 1 na 0. Sieć przechodzi w następujący stan:

Stan 0 dochodzi do wejść obu bramek, lecz z uwagi na opóźnienie działania, nie zmieniają one swoich stanów wyjściowych. Wciąż mamy tam poprzednie poziomy logiczne.

Po upływie czasu propagacji stany wyjściowe obu bramek zmieniają się, aby odzwierciedlić realizowane przez nie funkcje logiczne. Zwróć uwagę, iż na wyjściu bramki OR pojawia się 0, ponieważ jej oba wejścia przez chwilę były w stanie 0 ze względu na czas propagacji bramki NOT. Stan 0 na wyjściu bramki OR nie powinien się pojawić zgodnie z funkcją logiczną, a jednak pojawił się - sieć przez krótką chwilę nie realizuje swojej funkcji logicznej.

Po propagacji sygnałów wejściowych przez bramkę OR na jej wyjściu ustala się prawidłowy poziom logiczny 1. Z przedstawionej analizy wynika, iż podany układ logiczny generuje krótki impuls o wartości 0 przy każdej zmianie poziomu logicznego wejścia A z 1 na 0.

Z tego prostego przykładu wyciągamy wniosek, iż stan sieci ustala się po czasie równym sumie czasów propagacji bramek połączonych szeregowo (wyjście jednej bramki jest połączone z wejściem następnej). Czasy propagacji bramek zwykle różnią się nieznacznie od siebie. Jeśli sieć jest skomplikowana, to powstałe opóźnienia mogą powodować na wyjściach bramek nawet całe serie zmian poziomów logicznych - mówimy, iż stan sieci jest nieustalony. Takie zachowanie sieci nazywamy hazardem.

Hazard czasami może być użyteczny. Oto przykład prostego generatora impulsów prostokątnych. Dzięki opóźnieniom wnoszonym przez poszczególne bramki w pętli sprzężenia zwrotnego powstają impulsy prostokątne o okresie równym podwojonej sumie czasów propagacji wszystkich użytych bramek NOT, których ilość musi być nieparzysta.

Częstotliwość pracy takiego generatora jest bardzo niestabilna i nadaje się on tylko do bardzo prostych zastosowań, gdzie nie ma to znaczenia.

Zauważ, iż pod względem logicznym ta sieć jest sprzeczna! To właśnie dlatego powstaje generator impulsów - stan wyjścia jest zawsze nieustalony.

Hazardy są szczególnie dokuczliwe w sieciach logicznych pracujących dynamicznie - np. w układach zliczających impulsy. Z powodu hazardów układy te mogą zliczać dodatkowe impulsy powstałe w czasie stanów nieustalonych w sieci. Jednym ze sposobów eliminacji tych niedogodności jest zastosowanie taktowania. Sieć pracuje synchronicznie w takt impulsów zegarowych. Sygnał zegarowy jest sygnałem logicznym, który rytmicznie zmienia swój stan w czasie z 0 na 1 i z 1 na 0. Sieć może rozpocząć przetwarzanie danych przy sygnale zegarowym o poziomie 0, w trakcie trwania tego poziomu zanikają stany nieustalone w sieci, a przy poziomie wysokim sygnału zegarowego można odczytywać wyniki pracy sieci. Jeśli okres sygnału zegarowego zostanie właściwie dobrany, to hazardy nie będą miały żadnego wpływu na pracę sieci logicznej.

Sygnał zegarowy pozwala również wykonywać kolejno różne operacje. To rozwiązanie zastosowane jest właśnie we współczesnych komputerach, które pracują zgodnie z taktami swoich sygnałów zegarowych. W poszczególnych taktach zegarowych sieć logiczna komputera (złożona z milionów bramek logicznych) pobiera rozkazy z pamięci komputera, dekoduje je i wykonuje określone tymi rozkazami polecenia. Dzięki sygnałom zegarowym wszystko w komputerze współpracuje ze sobą w czasie. Bez nich panowałby chaos, który nawet trudno sobie wyobrazić.

Na pewno słyszałeś o podkręcaniu częstotliwości pracy procesorów w komputerach - dzięki tej technice procesor działa kilkanaście procent szybciej. Ja jednak jestem przeciwny takim praktykom. Oto dwa powody: