الأنظمة الرقمية · الفصل 6 — الجوامع والمقارِناتמסכמים ומשווים · מערכות ספרתיות · סמל מקצוע 11.002⌂📚🏠
الفصل 6

الجوامع والمقارِنات

מסכמים ומשווים
الصف العاشر · 4 ساعات تعليمية

في الفصل الأول جمعنا أعدادا ثنائية على الورق، عمودا بعد عمود. الآن نبني الدائرة التي تفعل ذلك: دائرة تجمع بتين، دائرة تجمع ثلاثة بتات، ومنهما دائرة تجمع عددين كاملين. هذه الدائرة هي قلب كل حاسوب وكل آلة حاسبة. في نهاية الفصل نبني دائرة ثانية مفيدة جدا: دائرة تقارن بين بتين وتخبرنا أيهما أكبر.

في نهاية هذا الفصل سنعرف أن:
  • نكتب جدول الصواب للجامع النصفي (HA) ونبنيه من بوابة XOR وبوابة AND.
  • نكتب جدول الصواب للجامع الكامل (FA) ونستخرج منه تعبيرَي المجموع S والحمل الخارج Cout.
  • نبني جامعا كاملا من جامعين نصفيين وبوابة OR.
  • نربط جامعا نصفيا وجامعا كاملا لجمع عددين من بتين، ونتتبع الحمل داخل الدائرة.
  • نكتب جدول الصواب لمقارِن بت واحد ونبنيه من بوابات.

מסכמים – الجوامع (Adders)

نتذكر كيف نجمع عددين ثنائيين: نبدأ من العمود الأيمن، نجمع البتين، نكتب المجموع تحت العمود، وإذا وصلنا إلى 2 نحمل 1 إلى العمود الذي على اليسار. في كل عمود ما عدا الأيمن نجمع إذن ثلاثة بتات: بت من كل عدد، والحمل الذي جاء من اليمين.

11الحمل
11العدد A
+01العدد B
=100المجموع
في العمود الأيمن نجمع بتين فقط؛ في العمود الثاني نجمع ثلاثة بتات — وهذا الفرق بين الجامع النصفي والجامع الكامل
الجامع (מסכם): هو دائرة توافقية تجمع بتات. مخارجها تكوّن معا عددا ثنائيا يساوي عدد الواحدات في مداخلها.

الجامع النصفي (HA) – מסכם למחצה:

الجامع النصفي (מסכם למחצה, Half Adder): هو دائرة توافقية لها مدخلان A و B ومخرجان: المجموع S (סכום, Sum) والحمل C (נשא, Carry). هي تجمع بتين فقط، ولا يوجد لها مدخل للحمل القادم من اليمين — لذلك اسمها «نصفي».

المخرجان C و S نقرؤهما معا كعدد ثنائي من خانتين: C وزنه 2 و S وزنه 1. مثلا 1 + 1 = 2 = 102 ، ولذلك C = 1 و S = 0.

جدول الصواب للجامع النصفي
ABCS
0000
0101
1001
1110
نفس الجدول: الجمع العشري والعدد C S
ABA + BC S
000002
011012
101012
112102

نستخرج التعبيرين من الجدول كما تعلمنا في الفصل 4. العمود S يساوي 1 في السطرين 01 و 10، والعمود C يساوي 1 في السطر 11 فقط:

S = A·B + A·B
S = A ⊕ B
C = A·B
الجامع النصفي · מסכם למחצה
S = A ⊕ B
C = A·B
الرمزالمعنىوحدة القياس
A, Bالبتان اللذان نجمعهما—
Sالمجموع: 1 عندما يكون أحد البتين فقط 1—
Cالحمل: 1 عندما يكون البتان معا 1—
ABSC
بناء الجامع النصفي: بوابة XOR للمجموع وبوابة AND للحمل
ABSCHA
الرمز المختصر للجامع النصفي
مثال 6.1
ندخل إلى جامع نصفي A = 1 و B = 1. ما هي قيم المخرجين؟ وما معنى النتيجة؟
الحل:

نحسب مخرج كل بوابة:

S = A ⊕ B = 1 ⊕ 1 = 0
C = A·B = 1·1 = 1
ABSC1101

نقرأ المخرجين معا: C S = 102 = 210. فعلا 1 + 1 = 2.

C = 1 , S = 0
سؤال 6.1: لماذا لا يمكن أن نحصل من جامع نصفي على C = 1 و S = 1 في نفس الوقت؟
تدريب سريع — الجامع النصفي: نكتب قيمة المخرجين C و S ، أو قيمة المدخلين
1A = 0 ، B = 1
2A = 1 ، B = 1
3A = 1 ، B = 0
4A = 0 ، B = 0
5C = 1 ، S = 0 ← A ، B ؟
6C = 0 ، S = 0 ← A ، B ؟
7A = 1 ، S = 1 ← B ؟
8B = 1 ، C = 1 ← A ؟
9B = 1 ، S = 1 ← C ؟
الإجابات: 1 C = 0 ، S = 1 2 C = 1 ، S = 0 3 C = 0 ، S = 1 4 C = 0 ، S = 0 5 A = 1 ، B = 1 6 A = 0 ، B = 0 7 B = 0 8 A = 1 9 C = 0
مثال 6.2
إلى مدخلَي جامع نصفي تصل الإشارتان A و B المرسومتان. نرسم إشارتَي المخرجين S و C.
الحل:

نقسّم محور الزمن إلى فترات، وفي كل فترة نقرأ A و B ونحسب S = A ⊕ B و C = A·B. المخرج S عال فقط عندما تختلف الإشارتان، والمخرج C عال فقط عندما تكون الإشارتان عاليتين معا.

ABSC12345678

الجامع الكامل (FA) – מסכם מלא:

الجامع الكامل (מסכם מלא, Full Adder): هو دائرة توافقية تجمع ثلاثة بتات: البتين A و B والحمل الداخل Cin (נשא נכנס) القادم من العمود السابق. له مخرجان: المجموع S والحمل الخارج Cout (נשא יוצא) الذي ينتقل إلى العمود التالي.
جدول الصواب للجامع الكامل
ABCinCoutS
00000
00101
01001
01110
10001
10110
11010
11111
عدد الواحدات في المداخل، مكتوبا كعدد ثنائي
A + B + CinCout S
0002
1012
1012
2102
1012
2102
2102
3112
طريقة سريعة: لا نحتاج إلى حفظ الجدول. نعدّ الواحدات في المداخل الثلاثة ونكتب العدد في النظام الثنائي: لا واحدات ← 00 ؛ واحد ← 01 ؛ اثنان ← 10 ؛ ثلاثة ← 11. الخانة اليسرى هي Cout واليمنى هي S.
ABCinSCoutFA
الرمز المختصر للجامع الكامل: ثلاثة مداخل ومخرجان

كيف نبني جامعا كاملا؟ نجمع أولا A و B بجامع نصفي، ثم نجمع النتيجة مع Cin بجامع نصفي ثانٍ. كل واحد من الجامعين قد يُخرج حملا، وحمل واحد يكفي ليكون Cout = 1 — لذلك نربط الحملين ببوابة OR.

ABSCHA 1ABSCHA 2ABCinSCoutA⊕BA·BCin·(A⊕B)
جامع كامل من جامعين نصفيين وبوابة OR

نكتب تعبير كل إشارة في الرسم. مخرجا الجامع الأول هما A ⊕ B و A·B. الجامع الثاني يجمع A ⊕ B مع Cin:

الجامع الكامل · מסכם מלא
S = A ⊕ B ⊕ Cin
Cout = A·B + Cin·(A ⊕ B)
الرمزالمعنىوحدة القياس
A, Bالبتان اللذان نجمعهما—
Cinالحمل الداخل، من العمود السابق—
Sالمجموع: 1 عندما يكون عدد الواحدات في المداخل فرديا—
Coutالحمل الخارج: 1 عندما يكون في المداخل واحدان على الأقل—
ABCinSCoutA⊕BCin·(A⊕B)A·B
الجامع الكامل ببوابات: بوابتا XOR ، بوابتا AND وبوابة OR
مثال 6.3
ندخل إلى الجامع الكامل A = 1 ، B = 0 ، Cin = 1. نتتبع الإشارات داخل الدائرة ونجد S و Cout.
الحل:

الجامع النصفي الأول يجمع A و B:

A ⊕ B = 1 ⊕ 0 = 1
A·B = 1·0 = 0

الجامع النصفي الثاني يجمع النتيجة 1 مع Cin = 1:

S = 1 ⊕ 1 = 0
Cin·(A ⊕ B) = 1·1 = 1

بوابة OR تجمع الحملين:

Cout = 0 + 1 = 1
ABSCHA 1ABSCHA 2ABCinSCout10110101

فحص: في المداخل واحدان، و 2 = 102.

Cout = 1 , S = 0
سؤال 6.2: ندخل إلى الجامع الكامل A = 1 ، B = 1 ، Cin = 1. ما هي قيمة مخرج كل واحد من الجامعين النصفيين، وما هي قيم S و Cout؟
ملاحظة: إذا ربطنا Cin إلى 0 يصبح الجامع الكامل جامعا نصفيا: S = A ⊕ B ⊕ 0 = A ⊕ B و Cout = A·B + 0 = A·B.
تدريب سريع — الجامع الكامل: نكتب Cout و S
1A = 0 ، B = 0 ، Cin = 1
2A = 1 ، B = 0 ، Cin = 1
3A = 1 ، B = 0 ، Cin = 0
4A = 1 ، B = 1 ، Cin = 0
5A = 0 ، B = 0 ، Cin = 0
6A = 0 ، B = 1 ، Cin = 0
7A = 0 ، B = 1 ، Cin = 1
8A = 1 ، B = 1 ، Cin = 1
الإجابات: 1 Cout = 0 ، S = 1 2 Cout = 1 ، S = 0 3 Cout = 0 ، S = 1 4 Cout = 1 ، S = 0 5 Cout = 0 ، S = 0 6 Cout = 0 ، S = 1 7 Cout = 1 ، S = 0 8 Cout = 1 ، S = 1

جامع لعددين من بتين – מסכם לשני מספרים בני שתי סיביות:

نريد أن نجمع عددين، في كل واحد منهما بتان: A = A1 A0 و B = B1 B0. البتان A0 و B0 هما البتان الأدنى وزنا (LSB). نخصص جامعا لكل عمود:

CABSHAA0B0S0CoutCinABSFAA1B1S1C1Cout
جامع لعددين من بتين: الحمل C1 ينتقل من الجامع النصفي (اليمين) إلى الجامع الكامل (اليسار)
ملاحظة: رسمنا الدائرة كما نكتب الجمع على الورق: العمود الأدنى وزنا في اليمين، والحمل يتحرك إلى اليسار. لأن الحمل «يتموّج» من جامع إلى الذي بعده تسمى هذه الدائرة بالإنجليزية Ripple Carry Adder.
مثال 6.4
نجمع بالدائرة العددين A = 112 و B = 012. نتتبع كل جامع ونفحص النتيجة.
الحل:

نكتب البتات: A1 = 1 ، A0 = 1 ، B1 = 0 ، B0 = 1.

الجامع النصفي (العمود الأيمن) يجمع A0 و B0:

S0 = 1 ⊕ 1 = 0
C1 = 1·1 = 1

الجامع الكامل (العمود الثاني) يجمع A1 = 1 ، B1 = 0 والحمل C1 = 1. في مداخله واحدان ، ولذلك:

Cout S1 = 102
CABSHAA0B0S0110CoutCinABSFAA1B1S1100C11Cout1

نقرأ النتيجة: Cout S1 S0 = 1002. فحص في النظام العشري: 3 + 1 = 4.

112 + 012 = 1002
مثال 6.5
ما هو أكبر مجموع يستطيع الجامع أن يحسبه؟ نتتبع الدائرة لهذه الحالة.
الحل:

أكبر عدد من بتين هو 112 = 3 ، ولذلك أكبر مجموع هو 3 + 3 = 6.

الجامع النصفي: 1 + 1 ← S0 = 0 ، C1 = 1.

الجامع الكامل: 1 + 1 + 1 ← S1 = 1 ، Cout = 1.

النتيجة 1102 = 610. نحتاج إلى ثلاثة بتات للنتيجة، وبدون Cout كنا نقرأ 102 = 2 — نتيجة خاطئة.

112 + 112 = 1102
سؤال 6.3: نجمع بالدائرة A = 102 و B = 112. ما هي قيمة C1 ، وما هي النتيجة Cout S1 S0؟

يمكن أن نبني نفس الدائرة من جامعين كاملين: نربط مدخل الحمل Cin للجامع الأيمن إلى 0، فيعمل كجامع نصفي. هكذا تُبنى الشرائح الجاهزة: كل الدرجات متشابهة، ولجمع عددين من n بتات نربط n جوامع كاملة في سلسلة.

CoutCinABSFAA0B0S00CoutCinABSFAA1B1S1C1Cout
نفس الجامع من جامعين كاملين: مدخل الحمل الأول مربوط إلى 0
A1A0B1B0CoutS1S0
0000000
0001001
0010010
0011011
0100001
0101010
0110011
0111100
جدول الصواب الكامل للجامع: 16 سطرا، وفي كل سطر Cout S1 S0 = A + B
A1A0B1B0CoutS1S0
1000010
1001011
1010100
1011101
1100011
1101100
1110101
1111110
تدريب سريع — جامع لعددين من بتين: نكتب الحمل الداخلي C1 والنتيجة Cout S1 S0
101 + 01
210 + 01
301 + 10
411 + 10
510 + 10
601 + 11
700 + 11
811 + 11
910 + 11
الإجابات: 1 C1 = 1 ، 0102 2 C1 = 0 ، 0112 3 C1 = 0 ، 0112 4 C1 = 0 ، 1012 5 C1 = 0 ، 1002 6 C1 = 1 ، 1002 7 C1 = 0 ، 0112 8 C1 = 1 ، 1102 9 C1 = 0 ، 1012
▶تجربة حية — نبني جامعا بأنفسنافي بنّاء الدوائر نرسم جامعا نصفيا من بوابة XOR وبوابة AND، نغيّر المداخل ونرى جدول الصواب يُحسب تلقائيا. بعد ذلك نبني جامعا كاملا.
⚠
المختبر غير متاح الآن. المادة في هذا الفصل كاملة من دونه — نواصل القراءة، ونعود إلى التجربة لاحقا أو نفتحها مباشرة من الرابط الذي تحت الإطار.
https://fahed-lab.com/digital/digital_systems_lab?tab=bld
نفتح المختبر في صفحة مستقلة ↗ fahed-lab.com/digital/digital_systems_lab?tab=bld

جدولا الصواب للجامع النصفي وللجامع الكامل – טבלאות אמת של מסכם למחצה ומסכם מלא:

نضع الجدولين جنبا إلى جنب. السطور الأربعة في جدول الجامع الكامل التي فيها Cin = 0 تعيد لنا الجامع النصفي؛ في السطور التي فيها Cin = 1 يزيد المجموع بواحد.

الجامع النصفي (HA)
ABCS
0000
0101
1001
1110
الجامع الكامل (FA) — السطور الملوّنة: Cin = 1
ABCinCoutS
00000
00101
01001
01110
10001
10110
11010
11111

الآن نستخرج تعبيرَي الجامع الكامل مباشرة من الجدول، بخريطة كارنو، ونفحص أننا نحصل على نفس ما حصلنا عليه من بناء الدائرة.

ABCinS00011110010011302141507160
S(A,B,Cin) = Σ(1,2,4,7)
ABCinCout00011110010010312040517161
Cout(A,B,Cin) = Σ(3,5,6,7)
مثال 6.6
نستخرج من الخريطة تعبير المجموع S.
الحل:

في خريطة S الواحدات مرتبة مثل رقعة الشطرنج: لا توجد خانتان متجاورتان، ولذلك لا نستطيع أن نكوّن أي مجموعة. نكتب الصيغة القانونية:

S = A·B·Cin + A·B·Cin + A·B·Cin + A·B·Cin

نُخرج A عاملا مشتركا من الحدّين الأولين، و A من الحدّين الأخيرين (قانون التوزيع):

S = A·(B·Cin + B·Cin) + A·(B·Cin + B·Cin)

القوس الأول هو B ⊕ Cin ، والقوس الثاني هو عكسه:

S = A·(B ⊕ Cin) + A·B ⊕ Cin

هذا هو شكل XOR بين A وبين B ⊕ Cin:

S = A ⊕ B ⊕ Cin
S = A ⊕ B ⊕ Cin
مثال 6.7
نستخرج من الخريطة تعبير الحمل الخارج Cout ، ونقارنه مع التعبير الذي حصلنا عليه من الدائرة.
الحل:

في خريطة Cout ثلاث مجموعات، في كل واحدة خانتان. كل مجموعة تعطي حاصل ضرب من حرفين:

Cout = B·Cin + A·Cin + A·B

معنى التعبير: الحمل الخارج 1 عندما يكون اثنان على الأقل من المداخل الثلاثة 1.

في الدائرة حصلنا على Cout = A·B + Cin·(A ⊕ B). هل هما نفس الدالة؟ نفحص بجدول الصواب:

ABCinA·BCin·(A ⊕ B)A·B + Cin·(A ⊕ B)Cout
0000000
0010000
0100000
0110111
1000000
1010111
1101011
1111011

العمودان الأخيران متطابقان في كل السطور، فالتعبيران متساويان. نختار الثاني عندما نبني من جامعين نصفيين، لأن A ⊕ B جاهز عندنا.

Cout = B·Cin + A·Cin + A·B
انتبه: لا نخلط بين المخرجين: S هو الخانة اليمنى (وزنها 1) و Cout هو الخانة اليسرى (وزنها 2). في المدخل 1 + 1 + 0 النتيجة هي Cout = 1 و S = 0 ، وليس العكس.
سؤال 6.4: نكتب بالتمثيل العددي Σ دالتَي الجامع النصفي S(A,B) و C(A,B).
تدريب سريع — نجمع ثلاثة بتات ونكتب النتيجة كعدد ثنائي من خانتين Cout S
11 + 1 + 0
20 + 0 + 1
31 + 1 + 1
40 + 1 + 1
51 + 0 + 0
60 + 0 + 0
71 + 0 + 1
80 + 1 + 0
الإجابات: 1 102 2 012 3 112 4 102 5 012 6 002 7 102 8 012
تدريب سريع — صحيح أم خطأ؟
1للجامع النصفي ثلاثة مداخل.
2في الجامع الكامل S = 1 عندما يكون عدد الواحدات في المداخل فرديا.
3في الجامع الكامل Cout = 1 فقط عندما تكون المداخل الثلاثة 1.
4جامع كامل مع Cin = 0 يعمل كجامع نصفي.
5جامع لعددين من بتين يُخرج نتيجة من بتين.
6الحمل في الجامع النصفي هو C = A + B.
الإجابات: 1 خطأ — له مدخلان 2 صحيح 3 خطأ — يكفي مدخلان 4 صحيح 5 خطأ — من ثلاثة بتات 6 خطأ — C = A·B

משווים – المقارِنات (Comparators)

كثيرا ما تحتاج الدائرة الرقمية إلى أن تعرف العلاقة بين عددين: هل درجة الحرارة أعلى من الدرجة المطلوبة؟ هل الرقم السري الذي أُدخل يساوي الرقم المحفوظ؟ هل وصل العدّاد إلى العدد المطلوب؟ الدائرة التي تجيب عن هذه الأسئلة هي المقارِن.

المقارِن (משווה, Comparator): هو دائرة توافقية تستقبل عددين ثنائيين A و B وتخبرنا عن العلاقة بينهما بواسطة ثلاثة مخارج: A > B ، A = B ، A < B. في كل لحظة مخرج واحد فقط يساوي 1.

مقارِن بت واحد – משווה לסיבית אחת:

نبدأ بأبسط مقارِن: كل عدد هو بت واحد. نسمّي المخارج الثلاثة بأحرف قصيرة:

ABGELCMPA > BA = BA < B
الرمز المختصر لمقارِن بت واحد

متى يكون بت أكبر من بت آخر؟ يوجد احتمال واحد فقط: A = 1 و B = 0. ومتى يكون أصغر؟ فقط عندما A = 0 و B = 1. في الحالتين الباقيتين (00 و 11) البتان متساويان. من هذا نكتب التعابير مباشرة:

مقارِن بت واحد · משווה לסיבית אחת
G = A·B
E = A ⊕ B
L = A·B
الرمزالمعنىوحدة القياس
Gالمخرج A > B—
Eالمخرج A = B : بوابة XNOR—
Lالمخرج A < B—

لا نحتاج إلى بوابة XNOR خاصة للمخرج E. إذا كان A ليس أكبر من B وليس أصغر منه فهو يساويه، أي أن E = 1 عندما G = 0 و L = 0:

E = G + L
ABG(A > B)E(A = B)L(A < B)
مقارِن بت واحد ببوابات: عاكسان، بوابتا AND وبوابة NOR
مثال 6.8
ندخل إلى المقارِن A = 1 و B = 0. نتتبع الدائرة ونجد المخارج الثلاثة.
الحل:

مخرجا العاكسين: A = 0 و B = 1.

G = A·B = 1·1 = 1
L = A·B = 0·0 = 0
E = G + L = 1 + 0 = 0
ABG(A > B)E(A = B)L(A < B)1010100

المخرج G فقط يساوي 1: الدائرة تخبرنا أن A > B.

G = 1 , E = 0 , L = 0
سؤال 6.5: ندخل إلى المقارِن A = 1 و B = 1. ما هي قيمة مخرجَي بوابتَي AND، وما هي قيمة المخارج الثلاثة؟

جدول الصواب لمقارِن بت واحد – טבלת אמת של משווה לסיבית אחת:

جدول الصواب لمقارِن بت واحد: في كل سطر مخرج واحد فقط يساوي 1
ABGELالعلاقة
00010A = B
01001A < B
10100A > B
11010A = B

نقرأ من الجدول، عمودا بعد عمود:

التعبير A·B + A·B هو بالضبط عكس XOR. بوابة XNOR هي إذن بوابة المساواة: مخرجها 1 عندما يتساوى مدخلاها.

ABF
بوابة XNOR تفحص المساواة: F = A ⊕ B
ABA ⊕ BA ⊕ B
0001
0110
1010
1101
★ توسيع: لكي نقارن عددين من عدة بتات نبدأ من البت الأعلى وزنا (MSB): إذا اختلف البتان فهما يحسمان النتيجة؛ إذا تساويا ننتقل إلى البت الذي بعده. في الفصل 7 نبني المقارِن بطرق أخرى ونوسّعه إلى عددين من بتين.
تدريب سريع — مقارِن بت واحد: نكتب المخارج G ، E ، L ، أو نجد المداخل
1A = 0 ، B = 1
2A = 1 ، B = 1
3A = 1 ، B = 0
4A = 0 ، B = 0
5G = 1 ← A ، B ؟
6L = 1 ← A ، B ؟
7E = 1 و A = 0 ← B ؟
8E = 0 و B = 1 ← A ؟ وأي مخرج 1 ؟
9هل يمكن G = 1 و L = 1 معا؟
الإجابات: 1 G = 0 ، E = 0 ، L = 1 2 G = 0 ، E = 1 ، L = 0 3 G = 1 ، E = 0 ، L = 0 4 G = 0 ، E = 1 ، L = 0 5 A = 1 ، B = 0 6 A = 0 ، B = 1 7 B = 0 8 A = 0 ؛ L = 1 9 لا
▶تجربة حية — المقارِن في بنّاء الدوائرنبني مقارِن بت واحد من عاكسين، بوابتَي AND وبوابة NOR، ونفحص أن مخرجا واحدا فقط يضيء في كل حالة.
⚠
المختبر غير متاح الآن. المادة في هذا الفصل كاملة من دونه — نواصل القراءة، ونعود إلى التجربة لاحقا أو نفتحها مباشرة من الرابط الذي تحت الإطار.
https://fahed-lab.com/digital/digital_systems_lab?tab=bld
نفتح المختبر في صفحة مستقلة ↗ fahed-lab.com/digital/digital_systems_lab?tab=bld
مثال 6.9
إلى مدخلَي المقارِن تصل الإشارتان A و B المرسومتان. نرسم إشارات المخارج G ، E و L.
الحل:

في كل فترة نقارن بين مستوى A ومستوى B: إذا كان A عاليا و B منخفضا يرتفع G ؛ إذا كان العكس يرتفع L ؛ وإذا كانا في نفس المستوى يرتفع E.

ABGEL12345678

نفحص: في كل فترة إشارة واحدة فقط من الثلاث عالية.

ملخّص قوانين الفصل:

القانونالصيغة
الجامع النصفي — المجموعS = A ⊕ B
الجامع النصفي — الحملC = A·B
الجامع الكامل — المجموعS = A ⊕ B ⊕ Cin
الجامع الكامل — الحمل الخارج (من الدائرة)Cout = A·B + Cin·(A ⊕ B)
الجامع الكامل — الحمل الخارج (من الخريطة)Cout = B·Cin + A·Cin + A·B
جامع لعددين من بتين — النتيجةCout S1 S0 = A1 A0 + B1 B0
المقارِن — A > BG = A·B
المقارِن — A = BE = A ⊕ B = G + L
المقارِن — A < BL = A·B

قاموس المصطلحات – מילון מונחים:

بالعربيةبالعبرية (كما تظهر في الامتحان)English
الجامعמסכםAdder
الجامع النصفيמסכם למחצהHalf Adder (HA)
الجامع الكاملמסכם מלאFull Adder (FA)
المجموعסכוםSum
الحملנשאCarry
الحمل الداخلנשא נכנסCarry in
الحمل الخارجנשא יוצאCarry out
بتסיביתBit
البت الأدنى وزناהסיבית הפחות משמעותיתLSB
البت الأعلى وزناהסיבית המשמעותית ביותרMSB
جدول الصوابטבלת אמתTruth table
خريطة كارنوמפת קרנוKarnaugh map
دائرة توافقيةמערכת צירופיםCombinational circuit
المُقارِنמשווהComparator
أكبر منגדול מ־Greater than
يساويשווה ל־Equal
أصغر منקטן מ־Less than
المدخلמבואInput
المخرجמוצאOutput
مخطط الزمنדיאגרמת זמניםTiming diagram

أسئلة للتمرين:

المستوى الأول — أساسي
1.
نكتب من الذاكرة جدول الصواب للجامع النصفي، ثم نكتب تعبيرَي المخرجين.
الإجابات: السطور 00, 01, 10, 11 ← C S = 00 , 01 , 01 , 10 ؛ S = A ⊕ B ، C = A·B
2.
نكمل مخرجَي الجامع الكامل Cout و S لكل تركيبة من المداخل A B Cin : 011 ، 100 ، 111 ، 001.
الإجابات: 011 ← Cout = 1 ، S = 0 ؛ 100 ← Cout = 0 ، S = 1 ؛ 111 ← Cout = 1 ، S = 1 ؛ 001 ← Cout = 0 ، S = 1
3.
كم مدخلا وكم مخرجا يوجد:
(أ) للجامع النصفي؟
(ب) للجامع الكامل؟
(ج) لجامع عددين من بتين؟ وكم سطرا في جدول الصواب لكل واحد؟
الإجابات: (أ) 2 و 2 ، 4 سطور (ب) 3 و 2 ، 8 سطور (ج) 4 و 3 ، 16 سطرا
4.
نحسب ونكتب النتيجة كعدد ثنائي من خانتين: 1 + 0 + 1 ؛ 1 + 1 + 0 ؛ 1 + 1 + 1 ؛ 0 + 1 + 0.
الإجابات: 102 ؛ 102 ؛ 112 ؛ 012
5.
نجمع بجامع لعددين من بتين، ونكتب النتيجة Cout S1 S0 وقيمتها العشرية: 012 + 102 ؛ 112 + 012 ؛ 102 + 102.
الإجابات: 0112 = 3 ؛ 1002 = 4 ؛ 1002 = 4
6.
نكتب جدول الصواب لمقارِن بت واحد مع المخارج G (A > B) ، E (A = B) ، L (A < B).
الإجابات: السطور 00, 01, 10, 11 ← G E L = 010 , 001 , 100 , 010
7.
أي بوابة منطقية واحدة تعطي:
(أ) مجموع الجامع النصفي؟
(ب) حمل الجامع النصفي؟
(ج) المخرج A = B للمقارِن؟
الإجابات: (أ) XOR (ب) AND (ج) XNOR
8.
إلى مدخلَي جامع نصفي تصل الإشارتان A و B. نكمل في المخطط إشارتَي المخرجين S و C.
ABSC12345678
الإجابات: في الفترات 1 حتى 8: S = 0 1 0 1 0 0 1 1 ؛ C = 0 0 1 0 1 0 0 0
المستوى الثاني — متوسط
9.
جامع كامل مبني من جامعين نصفيين وبوابة OR (كما في الرسم). ندخل A = 1 ، B = 1 ، Cin = 0. نجد: مخرجَي الجامع الأول، مخرجَي الجامع الثاني، و Cout.
ABSCHA 1ABSCHA 2ABCinSCoutA⊕BA·BCin·(A⊕B)
الإجابات: الجامع الأول: S = 0 ، C = 1 ؛ الجامع الثاني: S = 0 ، C = 0 ؛ Cout = 1
10.
طالب كتب جدول الصواب للجامع الكامل، وأخطأ في سطرين. نجد السطرين الخاطئين ونصحّحهما.
ABCinCoutS
00000
00101
01001
01101
10001
10111
11010
11111
الإجابات: السطر 011: الصحيح Cout = 1 ، S = 0 ؛ السطر 101: الصحيح Cout = 1 ، S = 0
11.
نرسم خريطة كارنو للحمل الخارج Cout للجامع الكامل ونكتب التعبير المبسّط. كم بوابة AND وكم بوابة OR نحتاج لبنائه بمستويين؟
الإجابات: Cout = B·Cin + A·Cin + A·B ؛ ثلاث بوابات AND بمدخلين وبوابة OR واحدة بثلاثة مداخل
12.
نتتبع جامع عددين من بتين (جامع نصفي وجامع كامل). لكل زوج نكتب C1 ، S0 ، S1 ، Cout : 112 + 112 ؛ 102 + 112 ؛ 012 + 112.
CABSHAA0B0S0CoutCinABSFAA1B1S1C1Cout
الإجابات: C1 = 1 ، S0 = 0 ، S1 = 1 ، Cout = 1 ؛ C1 = 0 ، S0 = 1 ، S1 = 0 ، Cout = 1 ؛ C1 = 1 ، S0 = 0 ، S1 = 0 ، Cout = 1
13.
في جامع كامل ربطنا المدخل B إلى 1 بشكل دائم. نكتب تعبيرَي S و Cout كدالتين للمتغيرين A و Cin فقط.
الإجابات: S = A·Cin + A·Cin = A ⊕ Cin ؛ Cout = Cin + A
14.
نبرهن بجدول الصواب أن E = G + L في مقارِن بت واحد، حيث G = A·B و L = A·B.
الإجابات: السطور 00, 01, 10, 11 : G + L = 0 , 1 , 1 , 0 ← G + L = 1 , 0 , 0 , 1 ، وهذا هو العمود E
15.
إلى مدخلَي مقارِن بت واحد تصل الإشارتان A و B. نكمل في المخطط إشارات المخارج G ، E ، L.
ABGEL12345678
الإجابات: في الفترات 1 حتى 8: G = 0 0 0 1 0 0 1 0 ؛ E = 1 0 1 0 1 1 0 0 ؛ L = 0 1 0 0 0 0 0 1
16.
في غرفة ثلاثة حسّاسات للحركة A ، B ، C. نريد دائرة تُخرج عددا ثنائيا من بتين Y1 Y0 يساوي عدد الحسّاسات الفعّالة. أي دائرة من هذا الفصل تحلّ المسألة؟ نكتب تعبيرَي Y1 و Y0.
الإجابات: جامع كامل، مداخله الحسّاسات الثلاثة: Y0 = S = A ⊕ B ⊕ C ؛ Y1 = Cout = B·C + A·C + A·B
17.
لجنة من ثلاثة أعضاء تصوّت بالأزرار A ، B ، C (1 = موافق). مصباح يضيء عندما توافق الأغلبية. أي مخرج من مخرجَي الجامع الكامل يشغّل المصباح؟ نكتب تعبيره وقائمة الحدود الأصغرية.
الإجابات: المخرج Cout : B·C + A·C + A·B ؛ F(A,B,C) = Σ(3,5,6,7)
18.
الدائرة في الرسم مبنية من بوابة واحدة. أي مخرج من مخارج المقارِن هي تعطي؟ نكتب جدول الصواب.
ABF
الإجابات: المخرج E (A = B): F = A ⊕ B ؛ السطور 00, 01, 10, 11 ← F = 1 , 0 , 0 , 1
المستوى الثالث — تحدٍّ
19.
الدائرة في الرسم مبنية من خمس بوابات NAND. نكتب تعبير كل مخرج ونبيّن أي دائرة من هذا الفصل هي.
ABXY
الإجابات: X = A ⊕ B و Y = A·B — هذا جامع نصفي: X هو المجموع و Y هو الحمل
20.
نريد أن نجمع عددين من ثلاثة بتات.
(أ) كم جامعا كاملا نحتاج إذا استعملنا جوامع كاملة فقط؟
(ب) كم بتا في النتيجة؟
(ج) نتتبع الجمع 1012 + 0112 : نكتب الحمل الخارج من كل درجة والنتيجة.
CoutCinABSFAA0B0S00CoutCinABSFAA1B1S1C1CoutCinABSFAA2B2S2C2Cout
الإجابات: (أ) 3 (ب) 4 بتات (ج) الأحمال من اليمين: 1 ، 1 ، 1 ؛ النتيجة 10002 = 8
21.
ما هو أكبر مجموع يحسبه جامع لعددين من:
(أ) بتين؟
(ب) أربعة بتات؟
(ج) ثمانية بتات؟ نكتب كل مجموع في النظام الثنائي.
الإجابات: (أ) 3 + 3 = 6 = 1102 (ب) 15 + 15 = 30 = 111102 (ج) 255 + 255 = 510 = 1111111102
22.
نريد دائرة تفحص إذا كان عددان من بتين A1 A0 و B1 B0 متساويين. نكتب تعبير المخرج E بواسطة بوابات XNOR، ونجد في كم سطر من 16 سطرا في جدول الصواب يكون E = 1.
الإجابات: E = A1 ⊕ B1 · A0 ⊕ B0 ؛ في 4 سطور
23.
نكتب بالتمثيل العددي Σ دالتَي الجامع الكامل. في أي تركيبات من المداخل يتساوى المخرجان S و Cout؟
الإجابات: S(A,B,Cin) = Σ(1,2,4,7) ؛ Cout(A,B,Cin) = Σ(3,5,6,7) ؛ يتساويان في 000 و 111
24.
في جامع لعددين من بتين ربطنا العدد B إلى 012 بشكل دائم، فأصبحت الدائرة تحسب A + 1. نكتب تعابير مبسّطة للمخارج S0 ، S1 ، Cout كدوال للمتغيرين A1 و A0.
الإجابات: S0 = A0 ؛ S1 = A1·A0 + A1·A0 = A1 ⊕ A0 ؛ Cout = A1·A0
25.
طالب بنى جامعا كاملا ونسي بوابة OR: أخذ Cout من حمل الجامع النصفي الثاني فقط. في أي تركيبات من المداخل A B Cin تكون نتيجته خاطئة؟
الإجابات: يخطئ عندما يكون حمل الجامع الأول A·B = 1 : في التركيبتين 110 و 111
26.
خزّان ماء فيه حسّاس A يعطي 1 عندما يكون الماء فوق المستوى المطلوب، ومفتاح B يضعه العامل على 1 عندما يريد خزّانا ممتلئا. مضخّة التعبئة تعمل عندما نريد خزّانا ممتلئا والماء ليس فوق المستوى. أي مخرج من مخارج مقارِن بت واحد (مداخله A و B) يشغّل المضخّة؟
الإجابات: المخرج L (A < B): L = A·B — يساوي 1 فقط عندما A = 0 و B = 1
الإجابات النهائية لأسئلة الفصل
6.1 لأن C S = 112 = 3 ، ومجموع بتين لا يزيد عن 2. في الجدول لا يوجد سطر فيه C = S = 1
6.2 الجامع الأول: A ⊕ B = 0 ، A·B = 1 ؛ الجامع الثاني: S = 0 ⊕ 1 = 1 ، حمله 0 ؛ Cout = 1 + 0 = 1 ، أي Cout S = 112 = 3
6.3 C1 = 0 ؛ Cout S1 S0 = 1012 = 510
6.4 S(A,B) = Σ(1,2) ؛ C(A,B) = Σ(3)
6.5 مخرجا بوابتَي AND: G = 1·0 = 0 و L = 0·1 = 0 ؛ E = 0 + 0 = 1

שאלות בגרות – أسئلة بجروت للفصل 6

موضوع «الأنظمة الرقمية» يُمتحن فيه طلاب تخصص الإلكترونيات داخل المدرسة. أسئلة البجروت في هذا الكتاب مأخوذة من امتحان 845381 لتخصص الكهرباء، وفيه سؤالان عن الأنظمة الرقمية كل سنة؛ لا يظهر فيه سؤال مستقل عن مادة هذا الفصل. نتدرب عليها في «أسئلة للتمرين» وفي الاختبار الذاتي.
لوحة القوانين: كل قوانين هذا الفصل مجموعة مع رسومها وجداول رموزها في الفصل 13 — لوحة القوانين الشاملة. (נוסחאון הספר)