Код. Тайный язык информатики

Разумеется, это не самое простое счетное устройство. Перед его использованием нужно замкнуть переключатель «Очистка». При этом содержимое защелки обнуляется, а для выходного сигнала 16-битного счетчика задается значение 0000h. Затем вы замыкаете переключатель «Перехват» на пульте управления массивом RAM, после чего можете записать в память набор подлежащих сложению 8-битных чисел, начиная с адреса 0000h. Если собираетесь суммировать 100 чисел, сохраните их в ячейках памяти с адресами 0000h–0063h. Кроме того, вы должны записать значение 00h во все неиспользуемые ячейки памяти. Затем можете разомкнуть переключатель «Перехват» на пульте управления массивом RAM, чтобы снова передать сумматору управление памятью, а также разомкнуть переключатель «Очистка». Теперь можно расслабиться и любоваться мигающими лампочками.

Вот что происходит при совершении вышеописанных действий: при первом размыкании переключателя «Очистка» текущим адресом массива RAM является 0000h. Восьмибитное значение, сохраненное в ячейке по этому адресу, подается на один из входов сумматора. На другой вход подается значение 00h, поскольку содержимое защелки также обнулено.

Осциллятор генерирует тактовый сигнал, или синхросигнал, который быстро колеблется между значениями 0 и 1. После размыкания переключателя «Очистка» при каждом изменении синхросигнала с 0 на 1 одновременно происходят две вещи: в защелке сохраняется сумма из сумматора, а значение 16-битного счетчика увеличивается на единицу, то есть происходит обращение к следующему адресу в массиве RAM. При первом изменении значения синхросигнала с 0 на 1 после размыкания переключателя «Очистка» в защелке сохраняется первое число, а значение счетчика изменяется на 0001h. Во второй раз в защелке сохраняется сумма первого и второго чисел, а значение счетчика изменяется на 0002h. И так далее.

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».