Porte logique

Circuit compteur à base d'inverseurs et de portes NAND.

Le circuit ci-contre est alimenté en courant par le générateur à courant continu en haut à gauche, cependant que la base de temps est donnée par le signal d'horloge (le générateur de créneaux en bas à gauche). Les circuits 74LS107D sont de simples inverseurs à base de diode Schottky : ils détectent chaque changement d'état (de 0 à 1, ou de 1 à 0) de leur entrée, et envoient un signal 1 chaque fois qu'un changement a lieu (fonction de trigger).

Le principe de l'afficheur numérique DCD_HEX en haut à droite est simple[6] : en fonction du mot binaire codé sur quatre bits qu'il reçoit en entrée, il affiche la valeur décimale du nombre correspondant (p. ex. 0110 = 0x2³+2x2²+2x2+0x2⁰ = 6) en allumant les segments d'un afficheur sept segments.

Pour comprendre le fonctionnement du circuit ci-contre, il faut supposer les entrées initialement à 0 et cheminer de la gauche vers la droite du diagramme ; chaque émission d'un créneau par le générateur, produit une alternance de 0 à 1, puis de 1 à 0 qui déclenche un signal des circuits inverseurs ; avec les tables de vérité des portes du circuit, on peut ainsi déterminer l'état (0 ou 1) des quatre bits d'entrée du circuit afficheur le long de 4 créneaux émis en séquence.

Réalisation d'un comparateur entre deux bits d'entrée.

Le circuit comparateur ci-contre n'est guère plus difficile à comprendre : il suffit de construire la table de vérité des quatre sorties proposées en fonction des valeurs d'entrée (0 ou 1) de A et de B. La notation != signifie ${\displaystyle \neq }$.

Principe d'une unité arithmétique et logique sur 2 bits

Ce circuit (UAL en abrégé) prend en entrée deux mots de 2 bits (les opérandes) : soit par exemple A et B. Le bit des unités (LSB) est noté A[0] pour A, et B[0] pour B ; l'autre bit (MSB) est codé A[1] (resp. B[1]).

Les entrées A et B sont envoyés sur les quatre portes logiques à gauche du diagramme : de haut en bas, on reconnaît les portes XOR, AND, OR et XOR. Cette dernière porte forme l'étage d'entrée d'un circuit additionneur.

Outre les entrées A et B, le circuit tient compte d'une éventuelle retenue résultant d'une opération précédente (CARRY IN). De même, si le circuit réalise une opération aboutissant à un débordement, il émet un bit de retenue en sortie (CARRY OUT). Dans la pile d'un microprocesseur, ces bits spéciaux sont stockés dans un registre d'état[7].

Chaque bit est finalement séquencé par un multiplexeur (les deux blocs rectangulaires à droite du diagramme) pour former le résultat. La nature de la fonction à réaliser est donnée par le signal OP (codé sur 3 bits par une unité de contrôle) :

   OP = 000 → XOR
   OP = 001 → AND
   OP = 010 → OR
   OP = 011 → Addition

Il reste quatre entrées inutilisées dans le multiplexeur : on pourrait s'en servir pour coder d'autres fonctions (soustraction, multiplication, division, inversion de A, inversion de B, etc.). De même, le bit OP[2] est apparemment inutile dans le cas de ce circuit ; mais il serait nécessaire pour coder davantage d'opérations que les quatre indiquées.