COMPUTERTECHNIK · BINÄRE ADDITION

Rechnen
mit Gattern

Aus AND und XOR bauen wir eine Maschine, die addiert.

1 + 1 = 10  ·  Halbaddierer  ·  Volladdierer

Kurz zurück

Wir kennen die Bausteine

Im ersten Teil hast du die Gatter kennengelernt. Zwei davon brauchen wir jetzt besonders:

XOR
1, wenn genau einer der Eingänge 1 ist.
AND
1, nur wenn beide Eingänge 1 sind.

Mit genau diesen beiden bauen wir gleich eine Additions-Schaltung.

Die Idee

So addiert man binär

Genau wie im Dezimalsystem — nur mit den Ziffern 0 und 1. Spannend wird nur der letzte Fall:

0 + 0
0
0 + 1
1
1 + 0
1
1 + 1
10
Ergebnis 0, Übertrag 1

Bei 1 + 1 reicht eine Stelle nicht mehr: Es entsteht ein Übertrag. Genau dieses Verhalten muss unsere Schaltung nachbauen.

Der Aha-Moment

Der Halbaddierer

Zwei Bits addieren: XOR liefert die Einer-Stelle, AND den Übertrag (die Zweier-Stelle). Schalt A und B um und lies das Ergebnis unten ab:

→
Zweier (AND)0
Einer (XOR)0
0 + 0 = 002

Grösser gedacht

Mehrere Stellen: der Volladdierer

Bei mehrstelligen Zahlen muss der Übertrag der vorherigen Stelle mitgerechnet werden. Zwei Halbaddierer plus ein OR-Gatter erledigen das — aneinandergereiht addiert die CPU so ganze Zahlen.

Halbaddierer 1
addiert A + B
Halbaddierer 2
addiert dazu den Übertrag Cin
OR-Gatter
meldet einen Übertrag, wenn einer der beiden ihn liefert

Probier den Volladdierer im Applet auf der Kurs-Website aus.

Zurück zur CPU · der Kreis schliesst sich

Und so rechnet der Prozessor

Erinnerst du dich an die Brückenfrage vom Anfang? Das Rechenwerk (ALU) im Prozessor besteht aus Millionen genau solcher Gatter. Führt die CPU 3 + 4 aus, fliesst Strom durch ein Netz aus Addierern.

Aus Strom / kein Strom → wird ein Gatter → werden Addierer → wird das Rechenwerk → wird ein Prozessor, der Programme ausführt. Keine Magie — nur Logik.

Und jetzt du

Selber schalten

Auf der Kurs-Website findest du alle Applets zum Anklicken: den Gatter-Simulator, den Halb- und Volladdierer, einen Selbsttest und ein Quiz.

→ Digitale Logik auf der Kurs-Website
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