Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Разумеется, здесь я делаю некоторые допущения. Прежде всего предполагается, что частота колебаний осциллятора достаточно низкая, чтобы остальные компоненты схемы успевали сработать. При каждом изменении значения синхросигнала одни многочисленные реле должны активировать другие, чтобы на выходе сумматора появилось значение суммы.

Одна из проблем этой схемы в том, что мы не можем остановить ее работу. В какой-то момент лампочки перестанут мигать потому, что в оставшихся ячейках памяти хранится значение 00h. Тогда вы сможете считать двоичную сумму. Когда счетчик достигнет значения FFFFh, он обнулится (подобно одометру автомобиля), и автоматический сумматор снова начнет прибавлять числа к полученной ранее сумме.

У этого сумматора есть и другие недостатки. Он способен производить только сложение 8-битных чисел. Мало того, что в массиве RAM нельзя сохранить число больше 255, — сама сумма также ограничена значением 255. Кроме того, наш сумматор не способен производить вычитание, хотя вы можете выразить отрицательные числа с помощью дополнения до двух, в случае чего сумматор будет обрабатывать числа только в диапазоне от –128 до 127. Очевидно, что для суммирования больших значений (например, 16-битных) требуется удвоить ширину массива RAM, сумматора и защелки, а также добавить еще восемь лампочек. Однако к таким инвестициям вы можете оказаться не готовы.

Конечно, я бы даже не упомянул об этих проблемах, если бы не был уверен, что они решаемы. Осложнение, на котором я хотел бы сосредоточить ваше внимание в первую очередь, заключается в другом. Что, если вас не интересует одна сумма 100 чисел и вы хотите использовать сумматор для сложения 50 пар чисел и получения 50 разных сумм? Что, если вам нужна машина, способная складывать числа группами по два, десять и т. д., а также предоставлять удобный доступ к результатам своей работы?

Показанный ранее автоматизированный сумматор отображает текущую сумму с помощью набора лампочек, подключенных к защелке. Такая схема не подойдет, если вы решите сложить 50 пар чисел, чтобы получить 50 разных сумм. Вместо этого вы, вероятно, захотите, чтобы результаты сохранялись в массиве RAM. Тогда вы можете использовать пульт управления памятью для проверки результатов в удобное для вас время. Специально для этой цели такой пульт управления предусматривает дополнительный набор лампочек.

Получается, мы можем избавиться от лампочек, подключенных к защелке. Вместо этого выход защелки необходимо подключить ко входу DI массива RAM для записи сумм в память.

На этой схеме отсутствуют некоторые другие компоненты сумматора, в частности осциллятор и переключатель «Очистка». Я убрал их, поскольку уже не столь очевидно, откуда на входы счетчика и защелки поступают сигналы Clr и Clk. Более того, теперь, когда мы задействовали входы DI массива RAM, нам нужен способ управления его сигналом «Запись».

Давайте на мгновение оставим схему и сосредоточимся на стоящей перед нами задаче. Итак, мы хотим сконструировать сумматор, возможности которого не ограничиваются сохранением текущей суммы складываемых чисел, хотим полностью контролировать количество слагаемых, а также количество разных сумм, сохраняемых в памяти для последующего изучения.

Предположим, нам требуется сложить три числа, потом два, а затем еще три. Мы могли бы сохранить эти числа в массиве RAM, начиная с адреса 0000h, чтобы содержимое памяти выглядело следующим образом.

Таким образом я буду представлять раздел памяти. Прямоугольники — это ячейки памяти. Каждый байт находится в ячейке. Адрес ячейки указан слева. Нет необходимости указывать все адреса, поскольку они идут по порядку, и мы всегда можем выяснить, какой адрес соответствует той или иной ячейке. Приведенные справа комментарии указывают, что сумматор должен сохранить три суммы в пустых ячейках. (Несмотря на то что в этих прямоугольниках ничего нет, ячейки памяти необязательно пустые. В памяти всегда что-то содержится, даже если это просто случайные данные. Правда, в настоящий момент в ней нет ничего полезного.)

Знаю, вам не терпится попрактиковаться в сложении шестнадцатеричных чисел и самостоятельно заполнить пустые прямоугольники. Однако цель такой демонстрации не в этом. Нужно, чтобы автоматизированный сумматор сделал всю работу за нас.