Was kann man mit 12 Transistoren machen? Wenn die Schaltung analog ist, kann es sich beispielsweise um ein Radio oder einen Verstärker mit anständigen Eigenschaften handeln. Für eine digitale Schaltung ist dies katastrophal klein. Selbst in einem so einfachen Chip wie ALU K155IP3 (74181) gibt es noch viel mehr.
Tatsächlich gibt es hier nicht 12, sondern 27 Transistoren, aber nur 11 davon werden in der ALU selbst verwendet (der zwölfte Transistor, der bei Auswahl logischer Operationen eine logische Null an den Übertragungseingang erzwingt, ist nicht installiert). Die verbleibenden Transistoren sind am Shaper der Signale beteiligt, die an die Eingänge der ALU geliefert werden. Wenn die ALU im Transistorprozessor enthalten ist, wird die erstere möglicherweise nicht benötigt, wenn dort bereits alle erforderlichen Signale erzeugt wurden.
Wie kann man diesen Betrag einhalten? Erstens, um ALU ein Bit zu machen, zweitens, um die Anzahl der Operationen auf zwei arithmetische und fünf logische zu reduzieren (K155IP3 und jede von ihnen hat 16, aber hier sind sie tatsächlich mehr), drittens ...
... ALU mit der ungewöhnlichen DCTL-Technologie (Direct Coupled Transistor Logic) durchführen, die die Anzahl der Komponenten erheblich reduzieren kann.
Die Simulation wurde in
Falstad durchgeführt , dieser Simulator ist
insofern praktisch, als er die Richtung des Stromflusses in Form von "Lauflichtern" anzeigt. Dateien:
nur Volladdierer und
bereit ALU .
Zunächst erstellen wir "ALU" mit einer Funktion - einem Volladdierer. Teilen wir das Schema in zwei Hälften. Die erste dient zur Vorbereitung von Eingangssignalen für den Addierer:
Mit den Schaltern können zwei Einzelbitnummern eingestellt werden - A und B und das Übertragungssignal. Von diesen erzeugt die Schaltung vier Signale (das vierte ist das gleiche B, nur invertiert).
Die zweite Hälfte der Schaltung ist der Addierer selbst:
Es ist eine Implementierung des klassischen Volladdierers. Das Strukturdiagramm zeigt zusätzlich die Verteilung der Transistoren nach logischen Elementen:
Um all dies in eine multifunktionale ALU zu verwandeln, machen wir zuerst den Eingangssignalformer neu, so dass er in direkter und invertierter Form nicht nur den Wert von B, sondern auch den Wert von A bildet:
Da der Autor jedoch plant, seine ALU als Teil des Prozessors für diskrete Komponenten zu verwenden, wird ein solcher Shaper möglicherweise nicht benötigt: Dort liegen beide Größen in direkter und invertierter Form vor. Daher sind die Transistoren des Formers nicht in der Anzahl der Transistoren ALU enthalten. Ja, und ohne Prozessor können Sie die Schalter nur mit Kreuzkontakten nehmen. Nun, eigentlich - eigentlich ALU:
Vier Schalter können die von der ALU ausgeführte Funktion auswählen. Im Folgenden sind nur 7 Kerne dargestellt:
Damit die ALU nicht "im Vakuum sphärisch" ist, sondern Signale von außen empfangen kann, müssen die Schalter durch Transistoren ersetzt werden. Da es keinen Transistor gibt, der bei der Auswahl logischer Funktionen eine logische Null an den Übertragungseingang erzwingt, muss in solchen Fällen manuell eine Null an diesen Eingang angelegt werden.
Obwohl die Abbildung nur 7 Funktionen zeigt, können Sie alle 16 Kombinationen von Schalterpositionen ausprobieren. Insbesondere werden die Funktionen UND-NICHT, ODER-NICHT, EXKLUSIV ODER-NICHT, Übertragung von Signal B durch und durch Inversion desselben Signals erhalten.
Simulation kann Überraschungen bringen. Wissen Sie, dass ein Bipolartransistor arbeiten kann, wenn er Strom in die entgegengesetzte Richtung durchlässt? Dies geschieht bei einigen Kombinationen von Eingangssignalen. In einem analogen Verstärker wird die Verstärkung verringert, aber die Logikschaltungen arbeiten weiterhin auf die gleiche Weise wie im normalen Modus.
Die Versorgungsspannung beträgt +5 V. Im Simulator werden Transistoren mit allgemeiner NPN-Struktur ausgewählt.
Der Addierer wird mit durch Übertragung erhalten. Das Übertragungssignal muss durch die Transistoren T8 und T9 gehen. Wenn dies zu langsam ist, müssen Sie zuerst prüfen, wie sich die an den Emitter des T8-Transistors angeschlossene Schaltung auf den Betrieb der Schaltung auswirkt. Die Übertragung kann auch schneller erfolgen, wenn Sie sie für zwei Bits gleichzeitig ausführen.
Wenn nur ein Volladdierer benötigt wird, ist auch eine herkömmliche Diodentransistorlogik (DTL) geeignet. Sie brauchen nur zwei Transistoren, aber Dioden ... Sie können diese Transistoren durch Lampen ersetzen, Sie erhalten das, was der Autor DVTL nennt - Dioden-Vakuum-Röhren-Logik.
Die Oberseite der Schaltung erzeugt ein invertiertes Übertragungssignal. Die zweite berechnet die invertierte Summe: AMOUNT = ((A oder B oder C in) und / C out). Dieser Ausdruck kann auch als (A und B und C in) dargestellt werden.
Das Blockdiagramm lautet wie folgt:
Durch Hinzufügen einiger weiterer Komponenten können Sie dem Übertragungseingang Null oder Eins erzwingen. Dann kann die Schaltung die UND-Verknüpfung ausführen (eine am Übertragungseingang, Null am invertierten Übertragungsausgang) und auch ODER (Null am Übertragungseingang, eine am invertierten Übertragungsausgang).
Um für das nächste Bit ein Signal "invertiertes C o" an den Eingang "C in" der Schaltung zu senden, benötigen Sie einen Transistorinverter. Oder Sie können die Regel akzeptieren, nach der direkte und inverse Logik zwischen Bits wechseln.
All dies kann in eine gültige ALU umgewandelt werden, indem die Widerstände berechnet und zusätzliche Komponenten hinzugefügt werden, um die "Reaktionsfähigkeit" der Schaltung zu optimieren. An die Eingänge angeschlossene Geräte müssen Schlüssel enthalten, die sie gegen Masse schließen (für die Eingänge der Diode „AND“) oder sie an das Power Plus anschließen (für die Eingänge der Diode „OR“).
Dies ist ein sehr einfaches Schema, es implementiert keine schnelle Übertragung.