4. 加算器

半加算器と全加算器

2進数の加算を行う回路を考えてみましょう.最も基本となるのは半加算器(Half Adder)です.半加算器は2入力2出力の回路で,1ビットずつの2入力の結果として和の値と桁上りの値を出力します.半加算器は教科書 p.194の図8.7のように ANDゲートと XOR/EORゲートで構成されます.また,Simcirには半加算器モジュールが用意されているので,結果が同じになるかを比較してみましょう.

半加算器

1つ下位の桁からの桁上りまでを考慮した加算器が3入力2出力の全加算器(Full Adder)です.全加算器は各1ビットの2入力と桁上りの加算を計算し,和の値と上位への桁上りの値を出力します.全加算器は教科書 p.194の図8.8のように半加算器2つとORゲートで構成されます.Simcirには全加算器モジュールもありますので,結果が同じになるかを比較してみましょう.

全加算器

nビット全加算器

教科書 p.194の図8.9のようにn個の全加算器モジュールを直列することでnビット全加算器を構成できます.2ビット全加算器や 3ビット全加算器を2つないし3つの全加算器で実現してみましょう.Simcirには4ビット全加算器モジュールが用意されていますので,下位の2ビットないし3ビットのみを用いて結果を確認できます.

出力結果をLEDによってビット列として表示するかわりに,7セグメントLED(4bit7seg)を用いて16進文字(0〜9a〜f)で表示することもできます.4ビット全加算器モジュールと同様に画面で上の方にある端子が下位ビット,下の方にある端子が上位ビットに対応することに注意してください.以下の例ではToggleスイッチを用いて下位の3ビットに入力しています.

7セグメントLED