1.5 Schakelaars in de computer

In een computer is een bit eigenlijk een schakeling, die open en dicht kan staan.
Zo'n schakelaar heet ook wel een transistor. Er zitten miljoenen transistoren op een chip van een vierkante centimeter.
Schakelaars kunnen met elkaar verbonden worden door middel van een schakeling, en zo'n schakeling kan er voor zorgen dat een andere schakelaar in een bepaalde stand komt te staan.
Je kunt daarbij denken aan lichtschakelaars, die aan of uit kunnen staan, en die zijn dus te vergelijken met een bit.
Je kunt ook denken aan een lamp, die aan of uit kan staan, en die dus ook te vergelijken is met een bit.

Je hebt verschillende soorten schakelingen.
Bekijk de schakeling hieronder maar eens, dat is de zogenaamde EN-schakeling.



S1 en S2 zijn schakelaars, en het rondje met het kruisje er in stelt een lamp voor. Verder zie je een voeding.
Bij deze schakeling brandt de lamp alleen als schakelaar 1 en schakelaar 2 beide gesloten zijn, dus aan staan.
Daarom wordt dit wel een en-schakeling genoemd, of in het engels een AND-poort.
We kunnen de mogelijke standen van de schakelaars S1 en S2 met de gevolgen voor de lamp in een tabel weergeven:

S1 S2 X (lamp)
000
010
100
111

Behalve de AND-poort is er ook een OR-poort (Nederlands: OF-schakeling).
Die ziet er als volgt uit:



S1 en S2 zijn weer schakelaars, en het rondje met het kruisje er in is weer een lamp.
Bij deze schakeling brandt de lamp als schakelaar 1 of schakelaar 2 gesloten is (of allebei).
De tabel die hierbij hoort ziet er als volgt uit:

S1 S2 X (lamp)
000
011
101
111

Tenslotte is er nog de XOR-poort (Nederlands: XOF-schakeling).
Die ziet er als volgt uit:



S1 en S2 zijn weer schakelaars. S1 staat aan als de schakelaar naar beneden staat (daarom staat bij de onderkant een 1) en S2 staat aan als de schakelaar naar boven staat (daarom staat bij de onderkant een 0).
Bij deze schakeling brandt de lamp als schakelaar 1 of schakelaar 2 aan is, maar niet allebei; daarom wordt wel het exclusieve OF genoemd, en daarom staat er een X voor het woordje OF (de x van exclusief).
Dit wordt ook wel een hotel-schakeling genoemd. Vrijwel elk huis met een trap heeft zo'n schakeling voor het traplicht. Het licht kan bediend worden met twee schakelaars, één voor onder en één voor boven.
De tabel die hierbij hoort ziet er als volgt uit:

S1 S2 X (lamp)
000
011
101
110

Er zijn speciale symbolen voor de logische poorten ontworpen door de Amerikaanse defensie. Later zijn er ook internationale afspraken gemaakt voor dit soort symbolen, maar de Amerikaanse militaire symbolen worden toch nog heel vaak gebruikt. Je ziet ze hier onder.



Met behulp van logische schakelingen kun je eenvoudige optellingen van bits maken. Kijk eerst naar het optellen van twee 1-bits getallen.



Wanneer je de uitkomst van bovenstaande sommetjes vergelijkt met de tabellen van de verschillende poorten, dan blijkt dat de eenheden (het achterste bit van de uitkomst) bepaald worden door een XOF-poort en de tweetallen (het voorste bit van de uitkomst) door een AND-poort.

'Half Adder' & 'Full Adder' (alleen voor de geïnteresseerde leerling)