4-bitowy kalkulator z rezystorów i tranzystorów

4-bitowy kalkulator z rezystorów i tranzystorów

Wiele osób zastanawia się, jak działa PC. Jak to jest, że zbiór tranzystorów i rezystorów potrafi wykonywać różne operacje matematyczne, które składają się na bardziej złożone działania?

Autor tego projektu mierzył się z tym samym problemem i postanowił zbudować swój własny kalkulator dodający do siebie liczby 4-bitowe.

Prezentowane urządzenie to sumator liczb 4-bitowych. Jego wyjątkową cechą jest to, że zbudowano go z elementów dyskretnych – pojedynczych tranzystorów i rezystorów. Celem było pokazanie, jak procesor dodaje liczby w systemie dwójkowym, a także ukazanie różnicy w wielkości pomiędzy układem scalonym a podobnym układem zbudowanym z pojedynczych elementów. Twórcą tego projektu jest Alec Sunyecz.

Jednym z najważniejszych elementów w procesorach jest jednostka arytmetyczno-logiczna. To ona odpowiada za możliwości prowadzenia obliczeń przez procesor. Samo jej działanie opiera się na wykorzystaniu bramek logicznych, które potrafią prowadzić operacje na wartościach logicznych – czyli 0 i 1 – w systemie dwójkowym mogących reprezentować dowolne liczby.

Gdy dodajemy w systemie dwójkowym 2 bity to wynik również posiada 2 bity – jeden reprezentujący bezpośrednią część wyniku oraz bit przeniesienia. Można to porównać do pisemnego dodawania liczb w systemie dziesiętnym. Na przykład jeśli sumujemy liczby 17 i 16, w pierwszym kroku dodajemy 7 oraz 6 i uzyskujemy 13, po czym zapisujemy 3, a 1 przenosimy do kolumny cyfr bardziej znaczących. Dokładnie z tą samą sytuacją mamy do czynienia przy dodawaniu w systemie dwójkowym.

Bit o takim samym znaczeniu jak dodawane bity ustawiamy tylko wtedy, gdy jeden z bitów składowych wynosi 1. Bramką logiczną realizującą taką operację jest XOR. Bit przeniesienia ustawiamy tylko wtedy, gdy oba sumowane bity wynoszą 1. Bramką logiczną realizującą tę funkcję jest AND. Połączenie tych dwóch bramek logicznych wystarcza, abyśmy mogli dodawać 2 bity. Jeśli chcemy uwzględniać bit przeniesienia, musimy podwoić układ.

Każda z bramek może być zbudowana z wykorzystaniem tranzystorów i rezystorów. Przedstawiany projekt potrafi dodawać dwie liczby 4-bitowe – autor połączył cztery płytki, z których każda potrafi dodawać 1 bit oraz uwzględnia bit przeniesienia.

Urządzenie działa i potrafi poprawnie dodawać dwie liczby 4-bitowe. Wyposażone jest także w układ scalony, który realizuje podobną funkcjonalność. Ma to pokazać różnice w wielkości pomiędzy układami scalonymi a tymi zbudowanymi z elementów dyskretnych. Co ciekawe, zbudowanie urządzenia wymagało użycia aż 153 rezystorów i 93 tranzystorów.

Projekt ten to z pewnością bardzo ciekawy pomysł na budowę sumatora liczb binarnych. Jego realizacja pozwoli prawie każdemu zrozumieć, jak działa dodawanie liczb binarnych za pomocą podstawowych elementów elektronicznych. Więcej informacji o tym projekcie możecie uzyskać po zapoznaniu się z instrukcją przygotowaną przez autoraA Wam marzyła się kiedyś budowa prostego procesora lub jego części z wykorzystaniem elementów dyskretnych?

Powrót do korzeni: pamięć ferrytowa dla Arduino
Powrót do korzeni: pamięć ferrytowa dla Arduino

Pamięci ferrytowe były szczególnie popularne w latach 1950 - 1970, gdy złota era komputerów dopiero miała się rozpocząć. Dziś już... Czytaj dalej »

Źródło: [1]

dyskretny, kalkualtor, komputer, projekty, tranzystory

Trwa ładowanie komentarzy...