上次介紹了與、或、非門(mén)。這次我們講講這些門(mén)能用來(lái)做什么。

《加法器》（實(shí)現(xiàn)兩數(shù)相加）

我們考慮以下幾種情況（以下數(shù)字皆為二進(jìn)制數(shù)）。

0+0=0 零加零毫無(wú)疑問(wèn)等于0。

0+1=1 1+0=1 這個(gè)應(yīng)該也不用解釋。

1+1=10 2的二進(jìn)制數(shù)寫(xiě)作10，所以也沒(méi)有什么問(wèn)題。

我們可以繪制出這樣一張表。其中A和B為輸入（加數(shù)），C（和）和D（進(jìn)位）為輸出。

我們可以用以下電路來(lái)滿足這張表（真值表）

解釋一下，A上有一條橫線則意為A的取反。如果A是0，那么A-就是1。最右邊的則是C本位求和輸出。本圖中沒(méi)有D輸出，D輸出放在下圖中討論。我們來(lái)試一下真值表的第一行。

第一行中A和B數(shù)值均為0，A-為1，故第一路與門(mén)輸出為0，同理第二路輸出也為0。兩條與門(mén)輸出作為或門(mén)的輸入，故與門(mén)的輸出也為0。剩下的幾行你們可以自己試試看。

這張圖是D的進(jìn)位輸出?？梢詮恼嬷当砗苋菀子^察得到D與A和B的關(guān)系就是與門(mén)的關(guān)系，所以很容易畫(huà)出這個(gè)電路。

既然本位相加和進(jìn)位信號(hào)都有了，那么我們便可以設(shè)計(jì)出下圖這樣的加法器：

左邊兩根藍(lán)線從上至下分別是A和B輸入。右邊兩根紅線從上至下分別是C和D輸出。

這個(gè)電路被稱為半加法器。如果我們要算的數(shù)值有三位，那么我們就串聯(lián)三個(gè)這樣的電路就可以實(shí)現(xiàn)四位的加法。注意不是簡(jiǎn)單串聯(lián)，本位的進(jìn)位要與下一位的和相加。

這是三位加法器，其中加數(shù)分別是101（5）和10（2），和是111（7）右下角粉紅圈中的是溢出信號(hào)（最高位的進(jìn)位信號(hào)），第一位數(shù)字沒(méi)有前一位的進(jìn)位信號(hào)，所以你可以在圖中的上半部分看到一個(gè)特別的常數(shù)0。注意：不要將該電路誤解成并聯(lián)，其實(shí)質(zhì)還是串聯(lián)。你們可以跟著門(mén)電路和二進(jìn)制加法琢磨琢磨其本質(zhì)。

其中減法比較巧妙，它在加法的基礎(chǔ)上稍加改動(dòng)而來(lái)。

比如101（5）-010（2）=011（3）我們把減數(shù)010按位取反，變成101，再在末尾加1，變成110。我們發(fā)現(xiàn)101+110=1011，若把最高位的數(shù)字舍去，剩下的便是差011。

再例如110110(54)-100100(36)=010010(18)。100100按位取反，變成011011，加1，變成011100。110110+011100=1010010，最高位舍去，得010010（18）。

你們可以隨便寫(xiě)幾個(gè)數(shù)試試，感受一下這個(gè)方法的巧妙之處。

不單單是加減運(yùn)算，邏輯門(mén)還可以實(shí)現(xiàn)乘除、開(kāi)方、指對(duì)等運(yùn)算，可以勝任圖像處理、數(shù)據(jù)檢索、人工智能等任務(wù)。

重頭戲還在后頭呢。



審核編輯：劉清