Логический синтез вычислительных схем

Рассмотрим логический синтез (создание) вычислительных схем на примере одноразрядного двоичного сумматора (полусумматора), имеющего два входа (а и b) и два выхода (S и P) и выполняющего операцию сложения в соответствии с табл. 6.1 (подобные таблицы в алгебре логики называют таблицами истинности).

Таблица 6.1. Логические соотношения для синтеза полусумматора

A	B	f1(a, b) = S	f2(a, b) = P
0	0	0	0
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1

где

f1(a, b) = S — значение цифры суммы в данном разряде;

f2(a, b) = P — цифра переноса в следующий (старший) разряд.

Согласно соотношению (4), можно записать:

Логическая блок-схема устройства, реализующего полученную функцию, представлена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Логическая блок-схема полусумматора

На рис. 6.2 изображены логические блоки в соответствии с международным стандартом.

Рис. 6.2. Стандартные графические обозначения блоков

ПРИМЕЧАНИЕ

В ряде случаев перед построением логической блок-схемы устройства по логической функции последнюю, пользуясь соотношениями алгебры логики, следует преобразовать к более простому виду (минимизировать). Для логических выражений «ИЛИ», «И» и «НЕ» существуют типовые технические схемы, реализующие их на реле, электронных лампах, дискретных полупроводниковых элементах и интегральных схемах. В современных компьютерах применяются системы интегральных элементов, у которых с целью большей унификации в качестве базовой логической схемы используется всего одна из схем: «НЕ — И» (NAND, штрих Шеффера), «НЕ — ИЛИ» (NOR, стрелка Пирса), А ИНОГДА и «НЕ — И — ИЛИ» (NORAND).

Электронные технологии и элементы

Электронные технологии и элементы, на основе которых создавались ЭВМ, многократно изменялись. Машины 1-го поколения строились на электронных лампах, 2-го – на дискретных полупроводниковых приборах (диодах и триодах – транзисторах), 3-го и последующих – на интегральных полупроводниковых схемах. Изменялись электронные полупроводниковые элементы по виду используемых элементов, типу связей между транзисторами. В частности, использовались такие системы элементов, как:

• резисторно-диодные,

• резисторно-транзисторные,

• феррито-транзисторные,

• диодно-транзисторные,

• транзисторно-транзисторные.

Наибольшее распространение в современных интегральных схемах получили транзисторно-транзисторные системы элементов (ТТЛ – транзисторно-транзисторно логика), в которых роль резисторов и диодов выполняют транзисторы с фиксированными напряжениями на своих электродах. В этой системе обеспечивается полная однородность структуры микросхемы – они содержат только транзисторы, что облегчает технологию их изготовления.

Архитектура используемых в ЭВМ транзисторов также изменялась:

• в машинах второго поколения применялись биполярные германиевые и кремниевые pnp и npn транзисторы,

• в интегральных схемах применяются униполярные полевые МОП-транзисторы (МОП — металл-окисел-полупроводник, или MOS: Metal-Oxide-Semiconductor).