ساختار و عملکرد يک جمع.کننده الکترونيکی

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: قبل از آشنایی با گیت XOR، به منظور یادآوری، یک بار دیگر عملکرد سه گیتِ NOT ، AND و OR را مرور می.کنیم.

تصویر1- تصویر شماتیک عملکرد گیت.های NOT ، AND و ORتصویر1 را مشاهده کنید. گیتِ NOT (ستون اول تصوير 1)، یک ورودی دارد. اگر ورودیِ آن صفر باشد، خروجی یک می.شود و اگر ورودیِ آن یک باشد، خروجی صفر می.شود. گیتِ AND (ستون دوم تصوير 1)، حداقل دو ورودی دارد. برای این که خروجی آن یک باشد، باید همه.ی ورودی.ها، یک باشند. در غیر این صورت خروجی آن صفر خواهد بود. گیتِ OR (ستون سوم تصوير 1) نيز حداقل دو ورودی دارد. برای این که خروجی آن یک باشد، کافی است حداقل یکی از ورودی.ها یک باشد. به بیان دیگر خروجی آن فقط در صورتی صفر است که همه.ی ورودی.ها صفر باشند (در تصویر1 یک گیتِ OR را با دو ورودی مشاهده می.کنیم).
گیتِ XOR، مانند گیتِ OR حداقل دو ورودی دارد. نماد مداری گیت XOR را در تصویر2 می.بينيم. ما در این مقاله، به علت سعی در خلاصه.گویی، به ساختار ترانزیستوری گیت XOR اشاره نمی.کنیم اما لازم است که نحوه عملکرد آن.را بدانيم. برای این که خروجیِ اين گيت یک باشد، باید تعداد یک.های ورودی عددی فرد باشد. یعنی اگر تعداد یک.های ورودی عددی زوج باشد، خروجی آن صفر خواهد بود. در تصویر2، عملکرد شماتیک یک XOR با دو ورودی و یک XOR با سه ورودی را مشاهده می.کنیم.

تصویر2- عملکرد شماتیکِ گیت XOR با دو ورودی و سه ورودی3- ساختار و عملکرد یک جمع.کننده
خُب همان طور که قول داده بودیم اکنون که با عملکرد گیت.های پایه آشنا شدیم، می.خواهیم درباره.ی یکی از اصلی.ترین واحدهای پردازش، یعنی جمع.کننده، صحبت کنیم. جمع.کننده یک واحد پردازش اصلی است که در پردازشگر مرکزی همه.ی رایانه.ها به صورت فراوان مورد استفاده قرار می.گیرد. البته جمع.کننده در سایر وسایل الکترونیکی نظیر ماشین حساب و ... نیز کاربرد بسیاری دارد.
در تصویر3 ساختار یک جمع.کننده را مشاهده می.کنیم. اين تصوير، جمع.کننده را در حال جمع زدن دو عددِ سه رقمی با یکدیگر نشان می.دهد (ما در این مقاله درباره.ی مبحث گسترده. طراحی این جمع.کننده و سایر واحدهای پردازش صحبت نمی.کنیم. علاقه.مندان می.توانند برای آشنایی بیشتر به کتاب.های طراحی دیجیتال یا مدار منطقی رشته.ی مهندسی برق یا کامپیوتر مراجعه کنند!). این دو عدد در مبنای 2 با یکدیگر جمع می.شوند.

تصویر3- ساختار یک جمع.کنندهبا استفاده از یک مثال ساده می.توانيم عملکرد این جمع.کننده را توضیح .دهیم. فرض کنید می.خواهیم دو عددِ و را که دو عدد در مبنای 2 هستند، با یکدیگر جمع کنیم. در تصویر4 فرآیند جمع کردنِ دستیِ این دو عدد را مشاهده می.کنیم.

تصویر4- فرآیند جمع کردنِ دستیِ دو عددِ سه رقمی در مبنای 2اکنون همین دو عدد را در ساختار جمع.کننده قرار می.دهیم. تصویر5 را ملاحظه کنید. در این تصویر ورودی.های مورد نظر اعمال شده و خروجی هر گیت نیز در تصویر مشخص شده است. خروجی مورد نظر مطابق آن چه انتظار داشتیم، تولید شده است. آیا می.توانيد بگوييد که اين خروجی چگونه توليد شده است؟

تصویر5- فرآیند جمع کردن دو عدد سه رقمی در یک جمع.کنندهبه تصویر5 نگاه کنید. از سمت راست شروع می.کنیم؛ خروجی اول (اولین عدد صفر که با رنگ سبز در سمت راست مشخص شده) خروجی یک XOR است. چون در ورودی XOR دو عدد یک وجود دارد، پس خروجی آن صفر می.شود. (یادتان هست که خروجی XOR در صورتی یک می.شود که تعداد یک.های ورودی فرد باشد.) پس از آن 3 گیت AND هست. خروجی AND اول، یک است، چون هر دو ورودی آن یک است. اما خروجی AND دوم و سوم برابر صفر است، چون در هر دو، یک ورودی یک و ورودی دیگر صفر است. خروجی گیت OR هم یک می¬شود، چون برای یک شدن خروجی OR، یک بودنِ یکی از ورودی.ها کافی است.
به این ترتیب عملکرد یک سوم جمع.کننده را ملاحظه کردیم. عملکرد بقیه.ی جمع.کننده نیز نظیر همین قسمت است. فقط کافی است عملکرد گیت.های AND، OR و XOR را به یاد داشته باشید. برای این منظور می¬توانید از تصاویر1 و 2 استفاده کنید.
فعالیت1
به منظور تسلط بیشتر بر عملکرد جمع.کننده، دو عددِ و را یک بار به صورت دستی و یک بار با استفاده از ساختار جمع.کننده که در تصویر3 رسم شده، با یکدیگر جمع کنید. نتیجه.ی دو فرآیند را با هم مقایسه کنید.

فعالیت2
همان.طور که مشاهده می.کنید ساختار جمع.کننده یک ساختار تکراری است. یعنی یک ساختار ساده که در يک جمع.کننده.ی سه رقمی، سه بار تکرار شده است. اکنون خودتان ساختار یک جمع.کننده.ی چهار رقمی را حدس بزنید و ترسیم کنید.
در یک رایانه عملیات.های پردازشی بسیارِ دیگری نيز نظیر تفریق، ضرب، تقسیم، مقایسه و ... انجام می.شود. همه.ی این عملیات.های پردازشی در واحدهای پردازش گوناگونی انجام می.شود که همگی آن ها از ترانزیستورها تشکیل شده.اند. علاوه بر این، عملیات.های منطقی و کنترل قسمت.های گوناگون رایانه نیز توسط قطعات الکترونیکی انجام می.شود که همگی از ترانزیستور ساخته شده.اند. همچنین حافظه.ها نیز که از عناصر اصلی رایانه.ها هستند، نوعی قطعات الکترونیکی هستند که با توجه به حجم.شان از هزاران، صدها هزار یا حتی میلیون.ها ترانزیستور تشکیل شده.اند.
فعالیت3به منظور آشنایی بیشتر با ساختار ترانزیستوری (Transistor Level) و گِیتی (Gate Level) واحدهای پردازش و حافظه.ی گوناگون، واژگان زیر را در اینترنت جستجو کنید. هم ساختار آن را مشاهده کنید و هم سعی کنید از عملکرد آن سر در بیاورید!:
Multiplexer, Multiplier, Adder, Subtracter, Comparator, Decoder, Encoder, Latch, Flip Flopبه منظور طراحی واحدهای پردازش، روش.های متنوع و گوناگونی وجود دارد، که بیان آن ها در موضوع این مقاله نمی.گنجد. ما در این مقاله قصد داشتیم به منظور درک بیشتر نقش و اهمیت ترانزیستور، یک مثال واقعی را بیان کنیم. همان طور که در این مثال دیدیم، ترانزیستور سنگ بنای اصلی ما در طراحی و ساخت بسیاری قطعات الکترونیکی است.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 5065]