Apa yang bisa dilakukan dengan 12 transistor? Jika rangkaiannya analog, bisa berupa, misalnya, radio atau amplifier dengan karakteristik yang layak. Untuk sirkuit digital, ini sangat kecil. Bahkan dalam chip sederhana seperti ALU K155IP3 (74181), ada lebih banyak lagi.
Faktanya, tidak ada 12, tetapi 27 transistor di sini, tetapi hanya 11 di antaranya yang digunakan dalam ALU itu sendiri (transistor kedua belas, memaksa logika nol ke input transfer ketika memilih operasi logis, tidak diinstal). Transistor yang tersisa terlibat dalam pembentuk sinyal yang dipasok ke input ALU. Ketika ALU termasuk dalam prosesor transistor, yang pertama mungkin tidak diperlukan jika semua sinyal yang diperlukan sudah dihasilkan di sana.
Bagaimana cara mempertahankan jumlah ini? Pertama, untuk membuat ALU satu bit, kedua, untuk mengurangi jumlah operasi menjadi dua aritmatika dan lima logis (K155IP3 dan masing-masing memiliki 16, tetapi di sini mereka sebenarnya lebih), ketiga ...
... melakukan ALU menggunakan teknologi DCTL yang tidak biasa (direct coupled transistor logic), yang secara signifikan dapat mengurangi jumlah komponen.
Simulasi dilakukan di
Falstad , simulator ini nyaman karena menunjukkan arah aliran arus dalam bentuk "lampu berjalan". File:
hanya penambah penuh dan
ALU siap .
Untuk memulainya, kita akan membangun "ALU" dengan satu fungsi - penambah penuh. Mari kita bagi skema menjadi dua bagian. Yang pertama dirancang untuk menyiapkan sinyal input untuk penambah:
Sakelar dapat digunakan untuk menetapkan dua angka bit tunggal - A dan B dan sinyal transfer. Dari jumlah tersebut, rangkaian menghasilkan empat sinyal (yang keempat adalah B yang sama, hanya terbalik).
Bagian kedua dari sirkuit adalah penambah itu sendiri:
Ini adalah implementasi dari penambah penuh klasik. Diagram struktural juga menunjukkan distribusi transistor oleh elemen logis:
Untuk mengubah semua ini menjadi ALU multifungsi, pertama-tama kita membuat kembali pembentuk sinyal input sehingga terbentuk dalam bentuk langsung dan terbalik tidak hanya nilai B, tetapi juga nilai A:
Tetapi karena penulis berencana untuk menggunakan ALU-nya sebagai bagian dari prosesor pada komponen diskrit, pembentuk seperti itu mungkin tidak diperlukan: di sana kedua kuantitas akan berada dalam bentuk langsung dan terbalik. Oleh karena itu, transistor pembentuk tidak termasuk dalam jumlah transistor ALU. Ya, dan tanpa prosesor, Anda cukup mengambil sakelar dengan kontak silang. Nah, sekarang - sebenarnya ALU:
Empat sakelar dapat memilih fungsi yang dilakukan oleh ALU. Hanya 7 inti yang ditunjukkan di bawah ini:
Agar ALU tidak "berbentuk bola dalam ruang hampa", tetapi dapat menerima sinyal dari luar, sakelar harus diganti dengan transistor. Karena tidak ada transistor yang memaksa nol logis ke input transfer saat memilih fungsi logis, maka perlu secara manual menerapkan nol pada input ini dalam kasus-kasus seperti itu.
Meskipun angka hanya menunjukkan 7 fungsi, Anda dapat mencoba semua 16 kombinasi posisi sakelar. Secara khusus, fungsi DAN-TIDAK, ATAU TIDAK, EKSKLUSIF ATAU TIDAK, transmisi sinyal B melalui dan melalui, inversi dari sinyal yang sama akan diperoleh.
Simulasi dapat membawa kejutan. Apakah Anda tahu bahwa transistor bipolar dapat bekerja ketika melewati arus melewatinya dengan arah yang berlawanan? Ini terjadi dengan beberapa kombinasi sinyal input. Dalam penguat analog, penguatan berkurang, tetapi sirkuit logika terus bekerja dengan cara yang sama seperti dalam mode normal.
Tegangan suplai adalah +5 V. Dalam simulator, transistor dari struktur NPN aplikasi umum dipilih.
Penambah diperoleh dengan melalui transfer. Sinyal transfer harus melalui transistor T8 dan T9. Jika ini terlalu lambat, Anda harus terlebih dahulu memeriksa bagaimana rangkaian yang terhubung ke emitor dari transistor T8 mempengaruhi operasi rangkaian. Transfer juga dapat dilakukan lebih cepat jika Anda menjalankannya untuk dua bit sekaligus.
Jika hanya penambah penuh diperlukan, maka dioda-transistor logic (DTL) konvensional juga cocok. Anda hanya perlu dua transistor, tetapi dioda ... Anda dapat mengganti transistor ini dengan lampu, Anda mendapatkan apa yang penulis sebut DVTL - diode-vacuum-tube-logic.
Bagian atas rangkaian menghasilkan sinyal transfer terbalik. Yang kedua menghitung jumlah terbalik: AMOUNT = ((A atau B atau C dalam) dan / C keluar). Ungkapan ini juga dapat direpresentasikan sebagai (A dan B dan C dalam).
Diagram blok adalah sebagai berikut:
Dengan menambahkan beberapa komponen lagi, Anda dapat memaksa nol atau satu ke input transfer. Maka sirkuit akan dapat melakukan operasi DAN (satu pada input transfer, nol pada output transfer terbalik), dan juga ATAU (nol pada input transfer, satu pada output transfer terbalik).
Untuk mengirim sinyal "C o terbalik" ke input "C" dari rangkaian untuk bit berikutnya, Anda memerlukan inverter transistor. Atau Anda bisa menerima aturan sesuai dengan logika langsung dan terbalik yang berganti-ganti antar bit.
Semua ini dapat diubah menjadi ALU yang valid dengan menghitung resistor dan menambahkan komponen tambahan untuk mengoptimalkan "responsif" dari rangkaian. Perangkat yang terhubung ke input harus mengandung kunci yang menutupnya ke tanah (untuk input dioda "AND"), atau menghubungkannya ke power plus (untuk input dioda "OR").
Ini adalah skema yang sangat sederhana, tidak menerapkan transfer cepat.