Як зазначалося раніше (рис. 2.42), у багаторозрядного суматора в нульовому розряді вхід ( ) перенесення вільний. Зазвичай у процесорах на цей вхід натомість подається сигнал INC (збільшення на одиницю) необхідний для виконання операції 1 – що необхідно, наприклад, для перетворення вхідного числа у додатковий код.

На звершення зазначимо, що хоч АЛП сучасних ЕОМ можуть виконувати багато різних функцій, та основні арифметичні операції такі як додавання, віднімання, множення і ділення – й надалі залишаються головними. Тому інтервали часу, які затрачаються на додавання і множення, завжди вказуються як важливі характеристики ЕОМ чи мікропроцесора.

1.6Схемна реалізація основних логічних елементів

Як було з’ясовано вище основними цеглинками,з яких будують різноманітні блоки ЕОМ є логічні елементи. Тепер залишається лише з’ясувати, яr вони реалізовані на фізичному рівні.

В якості перемикальних елементів в електронних обчислювальних машинах найбільшого застосування набули напівпровідникові пристрої. Їх перевагою є велика швидкість перемикання (зміни свого стану з провідного в непровідний і навпаки) та мінімальні розміри. Звичайний перемикальний транзистор здатний розімкнути чи замкнути електричне коло лише за кілька мільярдних часток секунди.

Нижче коротко наведено принцип дії найбільш поширених елементів: діодів та транзисторів. Детальніше їх будова та характеристики вивчаються у курсах фізики та електроніки.

1.6.1Напівпровідникові пристрої

Основні властивості діодів та транзисторів пояснюються електричними властивостями напівпровідників та металів.

Напівпровідники – це матеріали здатні проводити електричний струм але дещо гірше ніж метали. Фактично вони займають проміжне становище між металами та ізоляторами.

Сама по собі така властивість становить незначний інтерес, важливішим є інше явище. Коли напівпровідник дотикається до певного металу (як наприклад галій), на межі між провідником і металом утворюється розмежувальний шар, так званий перехід, по обидва боки якого виникає потенціальний бар’єр. Цей бар’єр перешкоджає проходженню електронів в одному напрямі, але у той же час не заважає їм проходити у зворотному напрямі.

Це явище і використовують для побудови усіх сучасних напівпровідникових пристроїв.

Діод та його характеристика

Найпростішим перемикальним елементом ЕОМ є діод (англ. diode) в основі якого лежить лише один потенціальний бар’єр (рис. 2.45.а).

Рис. 2.45. Напівпровідниковий діод (а) та його умовне зображення на схемах (б)

Його основною властивістю є одностороння провідність, тобто електричний струм вільно проходить через діод лише в одному напрямі (струм, який може проходити в протилежному напрямі, настільки малий, що на практиці ним можна знехтувати). Цю властивість відображено у його символічному зображенні на схемах (рис. 2.45,б). Трикутник вказує напрям безперешкодного протікання струму через пристрій.

Якщо до аноду приєднано позитивну клему джерела напруги (батареї чи іншого джерела постійного струму), а до катоду – негативну, через діод потече струм (рис. 2.46,а), а отже на резисторі буде наявний спад напруги. Тобто якщо сигнал на вході рівний одиниці (прикладена напруга живлення) на виході також буде сигнал рівний одиниці (наявний спад напруги на резисторі.

Рис. 2.46. Елементарна схема на діодах

Якщо змінити полярність підключення, то струму в колі не буде (рис. 2.46,б), а отже й не буде напруги на резисторі.

У провідному стані діод здатний пропускати не лише струм, обумовлений дією його власного джерела живлення, але й струм, підведений з іншої схеми. Завдяки цьому діод може керувати протіканням струму в інших схемах.

Транзистор та його характеристика

Транзистор (англ. transistor) – це напівпровідниковий прилад, здатний підсилювати вхідний сигнал, так що на виході сигнал буде більшим від вхідного. Підсилювальні властивості транзистора пояснюються наявністю двох пов’язаних кіл струму – вхідного і вихідного

– та можливістю керування струмом вихідного кола зміною струму вхідного.

Відомо багато типів транзисторів, відмінних за принципом дії та влаштуванням. Тут увесь матеріал подається на прикладі біполярного транзистора p-n-p типу.

На відміну від діода транзистор зазвичай має три виводи (рис. 2.47), які позначають як база, емітер та колектор.

Рис. 2.47. Транзистор p-n-p типу та його графічне позначення

Фізично транзистор еквівалентний двом діодам увімкненим зустрічно – "спиною до спини" (рис. 2.48).

колектор

обернений VD2 напрям

база

VD1 прямий напрям

емітер

Рис. 2.48. Еквівалентна схема транзистора Через емітер вносяться носії заряду, що проходять через перший

потенціальний бар’єр ( 1) в середню область (база). На колекторі збираються заряди, що пройшли через другий потенціальний бар’єр ( 2)

– це вихідний електрод. База це електрод керування, оскільки зміною напруги між емітером і базою можна керувати густиною емітерного струму інжекції, а отже й вихідним струмом колектора.

Для роботи транзистора в підсилювальному режимі до системи двох p-n переходів (до клем транзистора) прикладають зовнішні напруги.

Рис. 2.49. Увімкнення транзистора в схему зі спільним емітером

Коли вхідна напруга схеми велика (тобто має значення 1) потенціальний бар’єр емітерного переходу і його опір зменшуються, відповідно йде інжекція носіїв із емітера в базу. По колу емітер–база (тобто через діод 1) протікає великий струм. Під дією цього струму виникають вільні носії електричного заряду, які досягають області потенціального бар’єру

напруги. Якщо вибрати величини напруг джерел та резисторів в колекторному колі значно більшими відповідних величин в емітерному колі, то при однакових струмах емітерного та колекторного кіл на вихідному резисторі ( вих) буде більший спад напруги ніж на вхідному

резисторі ( вх).

Сам транзистор виступає тут не в ролі підсилювача, а в ролі регулятора. А вихідний сигнал транзистора – це напруга, що падає на вихідному резисторі, коли через нього протікає електричний струм.