Этот элемент дает напряжение на выходе, когда напряжение одновременно подается на вход А и на вход В. Пример такого элемента мы можем получить: представь себе, что напряжения А и В приводят в действие два реле, нормально разомкнутые контакты которых включены последовательно.

А теперь я познакомлю тебя с логическим элементом НЕ. Его условное обозначение приведено на рис. 127.

Рис. 127. Обозначение элемента НЕ, который выдает напряжение на выходе, когда на входе напряжения нет, и наоборот.

Этот элемент дает напряжение на выходе, когда на его входе нет напряжения, и не дает выходного напряжения, когда на его вход подается напряжение. Такую схему можно получить, если входное напряжение А подавать на катушку реле, с нормально замкнутого контакта которого на выход схемы подается положительное напряжение.

Н. — Твои элементы представляются мне достаточно простыми, но я сожалею о наличии в них реле. Должно быть, имеется возможность заменить их какими-нибудь компонентами, способными работать быстрее.

Л. — Ты прав. Описанные мной элементы, использующие реле, предназначены только для того, чтобы ты хорошо понял принцип работы этих логических элементов. Если тебе нужен пример, то логический элемент (рис. 127) можно с успехом реализовать с помощью электронной схемы, изображенной на рис. 128.

Рис. 128. Схема элемента НЕ на одном транзисторе.

Как ты видишь, при подаче в точку А потенциала +Е (который рассматривается как наличие напряжения) транзистор запирается и выходное напряжение S становится равным нулю. В том случае, когда точка А замкнута на корпус (отсутствие напряжения на входе), по включенному в цепь базы резистору сопротивлением 10 ком протекает ток. Если коэффициент усиления этого транзистора по току превышает 10 (а это вполне нормально), то транзистор находится в режиме насыщения, и протекающий ток создаст на его коллекторе (т. е. на выходе S) потенциал, близкий к +Е. Имеется также возможность сделать на транзисторах довольно простые элементы И и ИЛИ.

Л. — Не беспокойся. Возможности этих элементов становятся большими, стоит только собрать их в достаточном количестве. Чтобы привести пример, построим схему, которая позволит нам складывать двоичные числа. Как ты сам убедился, при сложении двоичных чисел возможны три результата: нуль, если обе цифры равны нулю; единица, если одна из слагаемых цифр единица; нуль (и перенос единицы в следующий разряд), если обе слагаемые цифры единицы.

Мы попробуем так объединить элементы, чтобы полученное устройство давало выходное напряжение при приложении напряжения на один или на другой вход, но не давало при одновременной подаче напряжения на оба входа.

Н. — В этом случае элемент ИЛИ нас не устроит.

Л. — Правильно, одного этого элемента будет недостаточно. Но посмотри на схему, изображенную на рис. 129.

Рис. 129. Объединение логических элементов, носящее название «исключающее ИЛИ» (без выхода R) или полусумматора (с выходом S и R). Устройство дает напряжение на выходе, когда имеется напряжение на входе А или на входе В, но не одновременно на обоих входах.

Напряжения А и В одновременно подаются на элемент ИЛИ (1) и на элемент И (2). Как ты видишь, на выходе элемента И я поместил элемент НЕ (3). На входе этого элемента НЕ я получу единицу. Исключение будет лишь в том случае, если на входе всего устройства одновременно присутствуют напряжения А и В, ибо только при этом условии элемент И (2) дает выходное напряжение.

Н. — До сих пор я все понял без труда.

Л. — Остальное не сложнее. На выходе элемента ИЛИ (1) напряжение будет, когда оно имеется на входе А или на входе В или одновременно на обоих. А теперь посмотри, как ведет себя элемент И (4). Этот элемент не получит напряжения на свой нижний вход только в том случае, когда напряжение подается одновременно на входы А и В всего устройства. Во всех трех других случаях (напряжение в точках А и В равны нулю, напряжение в А равно нулю и присутствует в точке В, напряжение присутствует в А и равно нулю в точке В) на нижний вход элемента И (4) напряжение подается.

Следовательно, этот элемент не пропустит напряжение с выхода элемента 1 только в том случае, когда входное напряжение одновременно подается в точки А и В. Рассмотрев все возможные варианты, ты можешь убедиться, что на выходе S напряжение будет, когда оно подается только в А или только в В, но не одновременно на оба входа.

Н. — Это далеко не так просто, как ты обещал, но все же здесь можно разобраться. Только я не вижу, зачем нужен выход, обозначенный буквой R, который ты сделал после элемента 2.

Л. — Призови на помощь свою память. Незнайкин: она должна подсказать тебе, что при сложении двоичных цифр запоминать единицу для переноса в следующий разряд приходится лишь в том случае, если обе слагаемые цифры равны единице; иначе говоря, выход R служит для запоминания переноса и сигнал на нем появляется в случае наличия напряжения одновременно в точках А и В.

Н. — А не можешь ли ты теперь рассказать мне о больших цифровых электронных вычислительных машинах?

Л. — Прежде чем приступить к этому вопросу, я должен в нескольких словах рассказать о методах, используемых для представления чисел в электрической форме. Двоичное число состоит из нескольких нулей или единиц. Предположим, что число состоит из n знаков. Выразить и передать это число в электрической форме можно двумя способами.

Сначала следует сказать о параллельной передаче числа; в этом случае для n знаков используется n проводов, в которые для передачи единицы подается напряжение, а для передачи нуля напряжение не подается, т. е. все знаки поступают одновременно, и для этого проводов требуется по числу знаков.

Второй метод представления носит название метода последовательной передачи числа. Он заключается в передаче по единственному проводу в установленном заранее темпе импульсов или отсутствие этих импульсов, что соответственно и обозначает единицу или нуль. При передаче этим способом числа читаются справа налево.

Н. — Последний способ представляется мне опасным. Если в начале передаваемого числа окажется несколько нулей подряд, то будет совершенно невозможно определить, когда же начинается передача. Так, например, при таком преобразовании семизначного числа, состоящего из единицы с шестью нулями после нее, в твоем последовательном числе окажется всего лишь один импульс. Тогда будет очень трудно разобраться, приняли мы наше семизначное число или же число, состоящее всего лишь из одной единицы или одной двойки.