Главная -> Новости It -> Как компьютер складывает числа?

Как компьютер складывает числа?

Все компьютерные вычисления производятся в дво­ичной системе с использованием базовых электрон­ных элементов - разнообразных видов переключате­лей. Некоторые из этих переключателей - AND(и), OR(или), XOR(исключающее или) - называются логическими элементами, потому что каждый из них дает логический предустановленный результат при использовании двоичного кода.

Поскольку они ра­ботают и на проведении и на сопротивлении элект­рического тока: нет напряжения - означает 0, есть напряжение - означает 1, логические элементы ина­че называются воротами.

Все эти «ворота» похожи между собой тем, что каждый из них имеет больше одного ввода, но всего один вывод. Логический элемент AND(и) дает 1 на выводе, только если все его вводы соответствуют единице. Точно так же «ворота» OR(или) дают ноль на выводе, если все его вводы равны 0. «Ворота» XOR(исключающее или), напротив, дают 1 на выво­де, если на вводе один 0 и одна 1, и производят 0, когда на вводе два ноля и две единицы. Всего на трех элементах, подобных этим, компьютерщики разра­ботали компьютерные схемы (нижняя диаграмма справа), такие как сумматорная схема, которая вы­полняет сложение.

Полусумматор назван так потому, что он может складывать только две цифры в двоичной системе и производить результат, состоящий из одной цифры и одного переноса. По­скольку они не могут оперировать со следующими один за другим переносами, полусумматоры часто используются в качестве первой строки логической схемы. Каждый полный сумматор может оперировать с двумя цифрами и переносом и принимать перенос из предыдущей суммы в цепи.

Сумматоры справляются с любыми арифметичес­кими задачами, поскольку сложение является основ­ным арифметическим действием: умножение - это повторное сложение, вычитание - это прибавление отрицательного числа, деление - это повторное вы­читание.

Логическая схема ввода/вывода

«Ворота» AND(и) выпустят 1, если на обоих вводах окажется 1. Любая другая комбинация на вводе произведет 0 на выводе.

«Ворота» OR(или) выпустят ноль, если на обоих вводах окажется ноль. Если хотя бы на одном из вводов появится единица, то следует ожидать единицу и на выводе. 

«Ворота» XOR(исключающее или) выпустят 0, если оба ввода впустят по нулю или по единице. Если на вводе 1 и 0, на выводе будет 1.

Как работает полусумматор

Наверху представлена схема сложения двух одноцифровых двоичных чисел, состоящая из схемы XOR(сверху) и схемы AND(внизу). При слбжении двух единиц напряжение верхнего сумматорного канала проходит через ворота XORи дает 0 на выходе. Ворота ANDпреобразовывают две единицы на вводе в одну 1 на выводе. Результат 10 (читается как один-ноль) двоичной системы соответствует числу 2 десятичной системы.

 

Полный сумматор

В комбинации полусумматор (сверху) и полный сумматор (снизу) могут выполнять операции с большими числами, требующими переноса. Чтобы сложить 2 и 3 или 10 и 11 в двоичном исчисле­нии, полусумматор начинает работу с ворот XORи производит 1. Ворота ANDгенерируют 0, который переносится в полный сумматор. В свою очередь, полный сумматор проводит напряжение числа 11 через пять ворот, подбирает перенос из полусумматора и выводит 1 и 0. Когда эти цифры комбинируются с 1 из полусумматора, получается результат 101, или 5 в десятичном исчислении. Для сложения больших чисел используется больше полусумматоров, один для каждой цифры двоично­го кода.