[Review] Các bóng bán dẫn thực hiện việc tính toán như thế nào?

0

Bộ xử lý máy tính đã trở nên quá quen thuộc trong quá trình
trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, chúng có mặt trong máy tính cầm tay
Tính toán đơn giản, máy tính cá nhân phức tạp, cũng như trong
điện thoại, máy tính bảng mà chúng ta mang theo người mỗi ngày.

Mặc dù
Sự đa dạng của hình dạng và chức năng, tất cả đều có chung một nguyên tắc
hoạt động, đang bật và tắt dòng điện đi qua bóng bán dẫn để thực hiện
cho số không và 1 trong hệ thống nhị phân. Tuy nhiên, nếu chỉ dựa vào
chuyển đổi dòng điện qua bóng bán dẫn, bộ xử lý thực hiện tính toán
Toán cũng như các nhiệm vụ khác như thế nào?

Cổng logic – thành phần cơ bản của mọi tính toán

Sao chép
thân của một bóng bán dẫn duy nhất khó làm hơn, nhưng khi
được ghép nối chính xác với nhau, chúng tạo thành các cổng
logic (Cổng logic). Cổng logic là mạch điện vi mô
tạo thành các bóng bán dẫn.

Với đầu vào của hai bóng bán dẫn,
dựa trên trạng thái mở và đóng của chúng trong mạch, mỗi cổng logic sẽ
sản xuất 0 hoặc 1, tương ứng. Tùy thuộc vào cách mạch được chèn giữa bóng
đầu vào và đầu ra bán dẫn, có 8 cổng logic cơ bản: cổng OR, cổng XOR,
Cổng NOR, cổng XNOR, cổng AND, cổng NAND, cổng KHÔNG và cổng đệm (cổng
đệm).

Biểu tượng cổng logic.

Ví tiền
Ví dụ, cổng OR là một mạch song song với hai đầu vào của hai bóng bán dẫn.
Khi một dòng điện được áp dụng cho cổng, chỉ cần một trong hai bóng bán dẫn
Nếu công tắc được bật (với đầu vào 1 hoặc True), đầu ra của cổng sẽ có nguồn (hoặc
trả về 1 hoặc đúng.)

Và cổng AND là một mạch nối tiếp
với 2 bóng bán dẫn đầu vào. Do đó, cổng AND chỉ trả về True (1).
nếu cả hai cổng đầu vào là True (1) (hoặc cả hai bóng bán dẫn đều bật
dòng điện đi qua).

Minh họa mạch trong cổng AND, cổng OR và cổng KHÔNG.

Cánh cổng
KHÔNG chỉ là một công tắc hiện tại, vì vậy nó là một cổng nghịch đảo
logic của các cổng trên. Do đó, cổng có tiền tố N, chẳng hạn như NOR, NAND
và XNOR là phiên bản ngược lại của cổng cơ sở trên.

Khi nào
sau đó, cổng XOR là sự kết hợp của ba cổng VÀ, HOẶC và KHÔNG cùng nhau
cách thiết lập đặc biệt. Tính năng của cổng XOR là tạo ra kết quả đúng
(1) nếu một trong hai đầu vào là True (1). Nhưng nếu cả hai đầu vào của
Cổng XOR là như nhau, kết quả sẽ được trả về là Sai (hoặc 0).

Biểu tượng cổng XOR và XNOR và sơ đồ mạch điện của 2 cổng cơ bản này.

Làm thế nào để làm toán bằng cổng logic?

Phần kết luận
kết hợp hai cổng logic này, cùng với một bộ cộng đầy đủ,
Bạn có thể làm thêm hai số nhị phân cơ bản.

Sr.
Sơ đồ trên cho thấy một nửa bộ cộng với hai đầu vào A
và B, và XOR và cổng AND. Đầu vào A được bật trong khi đầu vào được bật
trên B bị tắt, tương tự như thực tế là 1 và 0 được nhập vào.
Vì chỉ một trong hai đầu vào được bật, cổng XOR được bật và
tạo 1 và cổng AND vẫn tắt khi chỉ có một đầu vào
được bật

Sơ đồ mạch của nửa cộng nửa mạch.

Tại
Điều này, nếu cả hai đầu vào A và B được bật, cũng giống như nhập ma thuật
Tính toán 1 + 1. Lúc này, cổng XOR sẽ bị tắt và cổng AND sẽ được bật cho cả hai
Cả hai đầu vào đều bật, trả về kết quả chính xác của phép tính 1 + 1 = 2 hoặc 10
trong nhị phân.

Do một bit máy tính không thể lưu trữ giá trị
Bất cứ điều gì lớn hơn 1, kết quả của phép tính sẽ được ghi vào 2 bit đầu ra.
Bit SUM sẽ viết 0 chữ số của kết quả và 1 ký tự sẽ được ghi vào bit
số dư Cin (Thực hiện) trong phần này cộng với mạch.

Chưa
thực hiện tính toán 1 + 1 = 2, mạch cộng nửa này là không thể
Không làm gì khác chỉ với 2 bit đầu vào. Do đó, để đạt được
Tính toán phức tạp hơn, Full Adders được thiết kế
Vì vậy, từ việc kết hợp các mạch nửa cộng.

Sơ đồ mạch bổ trợ hoàn chỉnh với 3 bit đầu vào, cân bằng A, B và Cin của mạch cộng nửa trước.

Với thiết kế này, mạch cộng tổng sẽ có 3 đầu vào với hai số được nhập, cùng với số dư Cin của phần bổ sung trước đó. Khi nhiều mạch cộng được kết nối với nhau thành chuỗi, phần còn lại Cin của mạch này sẽ được chuyển đổi thành đầu vào cho mạch cộng tiếp theo.

Cài đặt
Thiết kế này cho phép bộ xử lý thực hiện các phép tính phức tạp hơn, cảm ơn
việc bổ sung các mạch bán cộng cho loạt bài này. Nhiều bit đầu vào
nhiều hơn có nghĩa là tổng số mạch phụ gia được thêm vào chuỗi.

Hầu hết
Tất cả các hoạt động được hoàn thành bằng cách thêm nhiều mạch
vào trình tự tính toán này. Phép nhân chỉ là phép cộng
nhiều lần, phép trừ có thể được thực hiện với các bit nghịch đảo như mong muốn
trường hợp và phép chia là phép lặp trừ. Ngoài ra, các bộ
Bộ xử lý máy tính hiện đại có giải pháp hỗ trợ phần cứng
Tăng tốc độ thực hiện các tính toán phức tạp hơn.

Sơ đồ mạch có cổng logic để thực hiện tính toán 2 + 3 = 5.

Các
Việc tính toán càng phức tạp thì càng cần nhiều cổng logic để thực hiện nó.
có nghĩa là ngày càng nhiều bóng bán dẫn. Đây cũng là lý do
Các nhà thiết kế và phát triển chip cần các bóng bán dẫn nhỏ nhất có sẵn
để có thể nhồi nhét càng nhiều càng tốt đến mức tối đa của các bóng bán dẫn trong mỗi
Bộ xử lý có kích thước hạn chế.

Leave A Reply

Your email address will not be published.