描述

我一直對計算機如何在硬件級別上工作感到好奇。當我在讀本科時終于了解了操作原理。我的問題終于有了答案。然而，我一直想利用這些知識來設計和構建我自己的邏輯電路，而不是使用門，而是使用分立晶體管本身。這類似于早期計算機的制造方式，當時每個晶體管都是分立的，而集成電路技術還不存在。這些本身就是對體積更大且不可靠的真空管計算機的巨大改進。

我不得不承認，如今使用 SMD 晶體管和中國廉價的 PCB 制造和組裝服務，制造晶體管化計算設備要容易得多。我在 7 天內以 5 塊多一點的價格制造、組裝并運送給我，5 塊，非常甜蜜！

讓我們來看看最終的結果。

那么它是怎樣工作的？如果您仔細查看 PCB，您會看到 4 個獨立的電路，每個電路都是一個全二進制加法器。一個完整的二進制加法器只是意味著它可以提供兩個 1 位數字A和B的總和，它還考慮到前一個數字的CARRY IN 。作為輸出，我們得到了SUM和CARRYOUT。 您可以通過將第一位的進位輸出連接到下一位的進位來級聯這些全位加法器，并擁有一個可以添加任意大的 N 位數字的電路。在我們的例子中，這個數字是 4。這些電路可以執行加法的方式實際上與我們人類計算兩個數字之和的方式非常相似。我們將數字相加并寫入總和，如果有進位，我們將其傳播到下一個數字。當我們計算下一個數字的總和時，我們會考慮我們之前傳播的進位。唯一的區別是我們以十進制數字（0..9）執行計算器，而計算機以二進制執行操作。下圖顯示了加法器的互連。

級聯全加器

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現在讓我們單獨談談全加器電路。該電路具有三個輸入和四個輸出，因此我們可以為此制作一個真值表。我們顯示下表。

全加器真值表

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讓我快速描述一下這背后的邏輯。二進制數的行為很像十進制數，因此添加相同的邏輯適用。當我們用完要計數的符號時，我們會將其移至下一個數字。對于二進制數，我們只有兩個符號 0 和 1。所以當我們將 1 加到 0 時，我們得到 1。但是現在當我們想要再添加一個時，我們沒有更多的符號來表示它，所以我們必須攜帶轉發到下一位。如果你考慮這個邏輯，你會發現上面的真值表是有道理的。

那么我們需要什么樣的電路來制作這個呢？好吧，我們可以使用邏輯門。作為一個問題，通過以特定方式組合邏輯門來為任何可能的真值表生成電路。上面真值表的電路是這樣的。

全加器電路

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現在我們可以使用晶體管來實現這個邏輯電路。這是我的設計。

電路原理圖

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實際上，我們可以應用相同的程序來制作各種邏輯電路，包括減法器、乘法器、多路復用器等。這些是任何 CPU 的基本部分，我們可以擴展這種方法來制作我們自己的基本 CPU。