Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Теперь нужно с перфоленты ввести число в машину, превратить его из определенной последовательности отверстий в такую же последовательность импульсов тока. Эту задачу выполняет устройство ввода, используя в качестве сырья тактовые импульсы. В нашем устройстве ввода есть игольчатый контакт, который, замыкаясь, открывает дорогу импульсу тока из генератора ГТИ дальше в машину. Контакт этот, как видно из Р-160;2, замкнут только в том случае, когда под иглой оказывается отверстие в перфоленте. Поэтому последовательность импульсов и пауз в точности повторяет последовательность дырок и пропусков в перфоленте, то есть отображает двоичное число, которое как раз и нужно было ввести в машину, протягивая ленту.

Т-273. Электронная схема «сумматор», манипулируя электрическими сигналами, может выполнять сложение двоичных чисел. Ввод чисел в машину, превращение их в комбинации электрических импульсов, конечно, не самоцель. С числами нужно работать, производить с ними различные математические операции. И сейчас мы посмотрим, как можно произвести одну из них — сложение. Чтобы сразу же не утонуть в подробностях, сделаем то, что реально никогда не делается: пристроим к ЭВМ сразу два устройства ввода (Р-160;3) и через каждое из них введем в машину одно из двух слагаемых. Причем ввод начнем одновременно, как по выстрелу стартового пистолета. И начнем вводить числа с конца, с последнего разряда, — здесь нет ничего удивительного, сложение «в столбик» мы тоже начинаем с конца, с последних цифр, и от них постепенно движемся влево, в сторону старших разрядов. Обе серии импульсов, то есть оба наших слагаемых, одновременно подадим на сумматор, который и выполнит операцию сложения. В попытке кратчайшим путем пояснить принцип работы ЭВМ мы все время идем на неслыханные упрощения, но вот сумматор будет представлен в истинном своем виде. Во-первых, потому, что сумматор — один из основных элементов настоящих вычислительных машин. Ну, а во-вторых, сумматор — прекрасный пример того, как с помощью электронных схем остроумно решаются конкретные задачи переработки цифровой информации.

Р-160

Что должен делать сумматор? Он должен последовательно, разряд за разрядом (начиная с конца), складывать «единицы» и «нули» первого и второго слагаемого. Причем здесь возможны такие четыре варианта: 0 + 0, 1 + 0, 0 + 1 и 1 + 1. Первые три операции прекрасно выполнила бы одна схема ИЛИ: в первом случае на ее выходе не было бы сигнала, а во втором и третьем на выходе появлялся бы импульс. И это как раз соответствовало бы известным правилам сложения 0 + 0 = 0; 1 + 0 = 1 и 0 + 1 = 1. Что же касается четвертого сочетания слагаемых, 1 + 1, то схема ИЛИ, конечно, не годится: под действием двух одновременных импульсов на ее входах она дала бы один стандартный выходной импульс, что соответствовало бы операции 1 + 1 = 1. А нам нужно, чтобы получилось 1 + 1 = 0 с переносом «единицы» в следующий разряд (Р-159;3).

Вот этот перенос «единицы» в следующий разряд оказывается довольно сложной задачей. И решается она с помощью нескольких логических элементов, собранных по схеме Р-160;4.

Здесь тоже все начинается со схемы ИЛИ — именно на ее вход одновременно подаются импульсы обоих слагаемых. Но с выхода ИЛИ они идут на выход «сумма» не сразу, а через элемент И₁. Как известно, схема И срабатывает только в том случае, если у нее на входе есть одновременно два сигнала, И₁, И₂ (Т-266). Это значит, что «единица» пройдет из ИЛИ через И) на выход сумматора только в том случае, если на вход И₁ вместе с этой «единицей» придет второй сигнал, в данном случае от логического элемента НЕ.

Посмотрим, в каких случаях это происходит.

Оба слагаемых подаются не только на ИЛИ, но одновременно еще и на элемент И₂, а с него сигнал поступает как раз на интересующий нас элемент НЕ. На Р-160;4 показаны все возможные варианты суммирования двух одноразрядных чисел. В первых трех случаях 0 + 0, 1 + 0 и 0 + 1 элемент И₂ не срабатывает, так как на его входе нет необходимых для этого двух — именно двух и только двух! — одновременных импульсов. А значит, в этих случаях с И₂ на элемент НЕ ничего не поступает, этот элемент не срабатывает, и на его выходе действует нормальное выходное напряжение. Не забывайте, что элемент НЕ делает все наоборот: сигнал на его выходе существует, когда на вход элемента ничего не подается (Р-154;5). А когда на вход сигнал подается — на выходе элемента НЕ сигнал исчезает. В итоге получается:

— если на входах сумматора нет импульсов (0 + 0), то на его выходе тоже нет импульса — в этом случае на входе И₁ действует только сигнал, поступающий с НЕ, а его одного недостаточно для срабатывания И₁; элемент И₂ пока не срабатывает, на его вход тоже ничего не поступает;