门| Sudo GATE 2020 Mock II(2019年1月10日)|第49章

在计算机编程中，门是最基本的构建组块之一，它必须被熟练掌握。在信息技术的领域中，门是电子电路的基础，实现各种数学计算，比如加法、乘法、逻辑运算等。在本篇文章中，我们将介绍计算机科学中常用的门的种类以及它们的使用方法。

逻辑门

逻辑门是计算机中最基础和最重要的门之一，是实现数字逻辑和逻辑运算的基础。主要逻辑门有以下几类：

与门

当且仅当所有输入都是1时，输出才会是1，否则输出就为0。其符号表示如下：

| A | B | Y |
|:-:|:-:|:-:|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |

或门

当任意一个输入为1时，输出就为1，否则输出就是0。其符号表示如下：

| A | B | Y |
|:-:|:-:|:-:|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |

非门

这是最简单的门之一，输入为1时输出为0，反之亦然。其符号表示如下：

| A | Y |
|:-:|:-:|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |

异或门

当且仅当两个输入不同的时候，输出为1，否则输出就是0。其符号表示如下：

| A | B | Y |
|:-:|:-:|:-:|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |

数字门

数字电路门用于设计算术电路，它们主要用于加、减、乘、除等运算。

加法器

这是用于两个二进制数字求和的门电路。它将两个二进制数字相加并输出它们的和。例如，输入A=1，B=1，输出C=0，S=1。其符号表示如下：

乘法器

乘法器是计算机算术运算中最常用的门之一。它可以将两个数字相乘并输出结果。这里具体介绍一下基于 Booth算法实现的乘法器。

Booth算法可以将乘法运算转化为一系列加、减、位移操作的组合，有效地减少了计算量。

以下是一个简单的 Booth算法示例：

    1101   M     //表示要计算的数字
  x 0101   Q     //表示乘数
  --------
    1101   P0
   0000.   P1
  1101..   P2
 1101...   P3
 --------
  100111   计算结果

可以看出，该算法仅需要对两个数字进行加、减、移位等操作，大大减少计算量。

存储器门

存储器门可分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种类型。它们用于存储和检索数据，并广泛应用于计算机内存和闪存等领域。

RAM

随机存储器是一种具有读取和写入功能的存储器，允许用户随时访问其中存储的数据。其内部结构通常由一组静态随机存取器（SRAM）或动态随机存取器（DRAM）电路组成。 SRAM是一种具有快速速度和复杂设计的高性能存储器，而DRAM则使用一些基本的电容器和晶体管组成存储容量更大的存储器。

ROM

只读存储器是一种在制造过程中写入数据的存储器门。它是不可改变的，只允许读取数据，不能进行任何写入操作。ROM随处可见，比如在电脑BIOS芯片、微控制器中。ROM内的固化数据可以在编程时读取，以便于程序正确地执行。

总结

本篇文章介绍了计算机科学中常用的门及其使用方法。通过掌握门的基本技能，可以有效地理解计算机系统的内部工作原理，并能够快速高效地实现各种逻辑和算术运算。