[Из песочницы] Архитектура компьютерных систем 1 часть. Логические вентили

Логические элементы

Доброго времени суток, я начинаю серию статей по написанию виртуальной машины на языке Golang. Я выбрал этот язык так как он прост для чтения и имеет в стандартной библиотеке уже необходимые функции, которые пригодятся в дальнейшем.

Эта статья не несёт в себе абсолютно никакой новой информации для тех, кто умеет составлять таблицы истинности для простых логических вентилей. Если вы это умеете, то не тратьте время и переходите ко второй части.

Логический вентиль это устройство с одним или несколькими входами и одним или несколькими выходами. В этой части будем рассматривать только самые простые из них. Для моделирования вентилей мы будем использовать только сигналы 0 и 1, не используя входные, выходные характеристики реальных вентилей.

Так как мы будем работать с Golang, то каждый элемент можно представить в виде функции.
В Go функция выглядит так:

func имя(имя переменной тип переменной) тип возвращаемого значения {
    //код
    return имя возвращаемой переменной
}

Буфер

Это самый простой элемент имеющий один вход и один выход. На практике используется для усиления сигнала или создания задержки, иногда можно заменить проводником.

в случае с буфером наша функция будет выглядеть так:

func buf(v bool) bool {
    return v
}

Инвертор

Тот же самый буфер, только на выходе инвертирует сигнал.

в случае с инвертором функция будет выглядеть так:

func inv(v bool) bool {
    return !v
}

ИЛИ

Этому элементу необходим хотя бы один сигнал равный 1, чтобы на выходе получить 1.

func or(v, s bool) bool {
    return v || s
}

И

Всегда возвращает 1, когда на все его входы подаётся 1, во всех остальных случаях он возвращает 0.

func and(v, s bool) bool {
    return v && s
}

Исключающее ИЛИ

Для того, чтобы на выходе получить 1, нужно чтобы на вход подавались разные сигналы (0 и 1) или (1 и 0). Эта операция является полезной, так как позволяет поменять местами две переменные без использования дополнительной памяти.

func xor(v, s bool) bool {
// написать (v ^ s) мы не можем потому, что для bool такой операции в языке нет, поэтому юзаем костыль
    return (v || s) && !(v && s)
}

ИЛИ-НЕ

Работает как элемент ИЛИ, только к его выходу подсоединён инвертор, с которого получаем сигнал.

func nor(v, s bool) bool {
    return !(v || s)
}

НЕ-И

Элемент работает точно так же, как элемент И, только на выходе инвертируется сигнал.

func nand(v, s bool) bool {
    return !(v && s)
}

Исключающее ИЛИ с инверсией

Элемент работает точно так же, как элемент ИЛИ, только на выходе инвертируется сигнал.

func xnor(v, s bool) bool {
// и тут костыль
    return !(v || s) && !(v && s)
}

Теперь, когда функции написаны, можно их собрать в пакет Gate, на основе которого будем реализовывать более сложные вещи. Наша иерархия пакетов будет похожа иерархию абстракций реального компьютера. Исходный код можно найти здесь.