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  • 1 # 使用者4489406760205

    你提的這個問題很好,是當今所有電子智慧裝置的基礎,我研究了一天,我覺得我基本搞清楚了計算器進行二進位制數加法的原理。首先說一下需要的基礎知識,一、數學中的簡單邏輯,簡單的數理邏輯;二、中學電路知識,含電位,電位差(=電壓),歐姆定律,二極體的單向導電性;三、二進位制數的加法(這個很簡單,就不講了)。好了,一點一點的講。

    先講簡單的數理邏輯,三個運算:或,且(與),非。這些基礎見下面的照片1。這裡要加一個新的運算:異或。延續照片1的符號和含義:A,B是兩個命題,則異或的定義是

    "異或":(A異或B)是一個命題,(A異或B)的真假的定義是:只有A,B一真一假時,(A異或B)是真的,其他情況(包括A,B都是真的)時,(A異或B)是假的。下面講一下異或在現實中也是有人使用的,如有一個人說“記得是小張或者小王去了上海。”實際上他的意思是,她記得可能是小王去了上海,也可能是小張去了上海,但絕不表示小王和小張都去了上海,所以他說的實際上是她記得小張去了上海,異或小王去了上海。

    下面講(這部分也是我今天剛學的)邏輯電路中的幾個器件(即幾個門):與門,或門,異或門;這三個門就是對應我們數理邏輯中的三個運算:且,或,異或。(其他的門像非門,因為我們不用,我們就不介紹了)因為這三個門都是兩個輸入,一個輸出,就像一個兩相插頭似的。所以我們畫這些門都是中間畫一個方塊,左邊連著兩根線表式兩個輸入,右邊連著一根線表示一個輸出,方塊中間寫上:與,或,異或。具體的畫法,見後面的照片。兩個輸入對應邏輯的A,B命題。A,B的真假對應電路的通與不通,或者說是電路的高電位與低電位,真與假還可以對應二進位制的1與0。一個輸出對應A,B運算後的命題的真假,如或門就是(A或B)的真假,與門就是(A且B)的真假,異或門就是(A異或B)的真假。兩個輸入的真(1)與假(0)確定之後,一個輸出的真(1)與假(0)是按照剛才的邏輯的定義來確定的。例如(A且B)的真假的定義是:只有A,B都是真的時,(A且B)是真的,其他情況都是假的。所以與門只有當兩個輸入都是1時,輸出才是1,其他情況輸出都是0。或門,異或門也都照此辦理。

    接著講與門,或門,異或門是怎樣利用電源,電阻,二極體,電線,實現的。我們只講與門,其他的門原理類似,我們就不講了(實際上我也沒學)。與門的電路實現見下面的第二張照片(二極體與閘電路)。其中,輸入的0伏對應我們的假(0),輸入的3伏,對應我們的真(1);輸出的0.7伏,對應我們的假(0),輸出的3.7伏,對於我們的真(1)。

    最後講全加器的邏輯圖,見第三張照片。其中≥1是或門,=1是異或門,&是與門,Ai(或Bi)是A(或B)的二進位制數右數第i位的值(可以是0,也可以是1)。Ci是A+B時第i位出現的進位值(可以是0,也可以是1)。Si是A+B的和的二進位制數右數第i位的值(或0或1)。

    下面給出一個我畫的加法電路圖,它是兩個二進位制的數A和B,A和B都是一位數(或兩位數),即A和B都在二進位制的0和1(或00和11)之間,也就是在十進位制的0和1(或0和3)之間,輸出是一個二進位制的二位數(或三位數)S。它的運算過程是:先準備好第一個數a的二進位制表示式a2a1(a1燈亮表示,a1=1,a1燈不亮,表示a1=0,同理a2。下面的b,s同理),合上開關k1,相當於在計算器內輸入了第一個數a;再準備好第二個數b的二進位制表示式b2b1,合上開關k2,相當於在計算器內輸入了第二個數b,最後,合上開關k3就顯示出a+b的和的二進位制表示是它是一個三位數s,它的二進位制表達S3S2S1。

    只有一位的二進位制數加只有一位的二進位制數的加法顯示器如下:

    只有兩位的二進位制數加只有兩位的二進位制數的加法顯示器如下:

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