2.2.1_3 多路选择器、三态门

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各位同学大家好，在这个视频中我们会给跨考的同学补充一些数字电路的基础知识。主要是要介绍在数字电路当中很常用的两个小部件，分别是多路选择器和三态门。好，首先来看什么是多路选择器，英文叫multiplexer，所以它的缩写一般用MUX来表示。观察这个多路选择器，它会有多个输入，一个输出，以及会有一个控制信号。多路选择器在电路当中的作用有点类似于守门员。根据控制信号的值，多路选择器会在多个输入值当中选择其中的某一个输入值，让它通过并且输出。而其他的这些输入值就全部把它拦截阻断。所以它相当于是一个拥有三头六臂的守门员，只会把其中的一个输入数据把它放过，让它出去。

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在电路图当中，多路选择器通常会用梯形来表示。比较宽的这一边是输入的一端，比较窄的这一边是输出的这一端。而梯形的腰部这个位置会用一个虚线箭头去表示控制信号。值得注意的是这个控制信号的位数M应该是大于等于log以二为底K的对数，如果说总共有八个输入，那么分别给这八个输入编号就应该是012一直到7，那么控制信号的位数M就应该等于三个比特，三个比特刚好可以表示0到7这几个值。那根据这三个比特就可以选择到底要让哪一个输入信号通过并且输出。好，这是控制信号的作用。一会儿会用一个实际的例子，带大家更直观的感受一下。

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另外在这个电路图当中，我们注意到这个控制信号我们是用英文缩写OP来表示，它是Operation的意思，Operation有操作运算的含义。在图形上控制信号通常用这种虚线来表示，而表示数据运算数据的这种信号通常用实线来表示。不过这也不是绝对的，在有的地方也会用实线来表示控制信号。

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好，接下来看两个多路选择器的实际例子。左边这个多路选择器有四个输入，一个输出。因为有四个输入，所以我们必须用两个比特来表示控制信号，控制信号有四个状态，0001、1011分别对应四个输入。当控制信号为01的时候，意味着第二个输入可以通过并且输出，而其他的几个输入就会被拦截。好，这是第一个例子。

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第二个例子，这是一个更简单的多路选择器，总共有两个输入一个输出。那么控制信号只需要用一个比特来表示，就行当控制信号为0的时候让左边这些数据通过，当控制信号为1的时候，让右边的这些数据通过。好，这就是多路选择器在电路当中很常用的一种小部件。

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接下来看第二种，小部件叫三态门。它的作用和多路选择器有点类似，也是充当了电路的守门员这种作用。只不过这个守门员他只能守一条线，当控制信号为0的时候，这个输入的数据就不让他通过，直接把它拦截。

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当控制信号为1的时候，这个输入的数据可以顺利的通过三态门并且输出。我们通常用这种小三角来表示一个三态门，三角的底部是输入的一端，三角的尖尖这一边是输出的一端，然后三角的腰部是控制信号的一端。好，这就是三态门。

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对了，这个地方当控制信号等于0的时候，输出的这一端是一种高阻态的状态，什么叫高阻态呢？就相当于直接把这个线给断了。我们知道在电路当中通常用高电平和低电平两种状态去表示二进制的1和0。比如高电平对应5伏，低电平对应1伏，那这儿的高阻态就是0伏，它既不属于高电平也不属于低电平，相当于直接把这个线给剪断了。

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好，另外一点，初学者看见三态门的这个图形的时候，可能会联想到非门，它和非门很像。在有的电路当中可能会遇到这种情况，在三态门的某一端画一个小圆圈，在这种情况下，这个三态门除了拦截数据之外，如果这个数据让它通过的话，那这个数据会按位取反，相当于加了一个非运算的效果，1变00变1，所有的比特按位取反，那这个图形是不是和非门就非常像了？所以在电路图当中看到这种小三角可能会给大家造成一些困扰，那非门和三态门最核心的区别，大家需要关注的是要看它有没有控制信号。非门肯定是没有控制信号的，它只有输入和输出，这些数据肯定能顺利的通过，并且按位取反。但是对于三态门来说，这些数据未必能够顺利的通过，只有当控制信号为一的时候，数据可以顺利的通过。好，这是三态门和非门的区别。

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另外刚才也说了，三态门的这个输出这一端加小圆圈和不加小圆圈，它是完全两种效果，加了小圆圈要记得取非，不加小圆圈，那么直接让这些数据通过就行。

好的，在这个视频当中给大家介绍了多路选择器和三态门这两种电路当中很常用的小部件，二者的作用都是电路的守门员，区别在于多路选择器它是一个三头六臂的守门员，它可以拦截好几条线路，而三态门他就是一个普通的守门员，他只管一条线，到底让他通过还是不通过。需要特别注意的是在多路选择器当中，如果有K个输入，那么控制信号的位数应该大于等于log 2为底K的对数，向上取整这么多个比特。

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另外还有一点需要补充，在有的地方多路选择器可能会预留出一种控制信号的状态，用于拦截所有的输入。之前我们介绍的这种情况相当于在K个输入当中一定会有一个数据是可以通过多路选择器并且输出的，那下面补充的这种情况就相当于会预留一种控制信号的状态来表示。没有任何一个输入的值可以通过多路选择器。那对于这种情况来说，M的值就应该选择大于等于log以2为底K加1的对数向上取整，应该是取这样的一个值。因为除了K种输入的信号之外，我们还需要预留一种状态去表示任何一个输入信号都不让它通过。好，这是有可能遇到的一种情况，大家也需要了解一下。好的，以上就是这个小节的全部内容。