本微型文章系列介紹如何使用繼電器構建計算機的CPU（中央處理單元）。

英語中的“ Y”聽起來像西班牙語（我的母語）中的“ guay”，是口語或or語，意為“酷”。從雙關語開始似乎是個好主意，但事實是我確實相信Y開關確實很棒。

盡管此術語不是很常用（如果以前曾經使用過），我認為它是這種開關工作方式的非常描述性或說明性。圖1顯示了Y開關的示意圖。它由一個可控制的開關組成，該開關可以更改其位置并將一個端子連接到其他兩個端子之一。

圖1. Y開關原理圖（來源：Javier Piay）

這種變化可能是由于各種性質的動作或刺激引起的：手動，機械，電氣，電子等。在沒有這種刺激的情況下，開關保持在其靜止/斷電位置，連接所謂的公共端子（COM）到所謂的常閉端子（NC）。如果施加刺激，開關將切換到其激活/通電位置，將COM端子連接到所謂的常開端子（NO）。

Y開關也稱為三向或轉換開關，但是-正如EEWeb的技術專家所知道的-這種類型的開關通常稱為單刀雙擲（SPDT）開關（另請參閱“開關”）。反彈和反跳（第1部分）：開關類型“”。

圖2顯示了Y開關的不同實現。從左至右，所示設備通過手動，機械，電氣和電子方式進行控制或操作。不用說，有類似的設備實現了其他類型的開關，例如單刀，單擲（SPST），雙刀，單擲（DPST），雙刀，雙擲（DPDT）等。

圖2.從左到右，Y開關旨在手動，機械，電氣和電子方式操作。（資料來源：哈維爾·皮耶（Javier Piay）

任何電動開關通常被稱為繼電器（圖2右側第二列）。像其他形式的開關一樣，機電繼電器也有多種類型，包括SPST，SPDT，DPST，DPDT等。

圖3顯示了Y或SPDT繼電器的示意圖。使開關的COM端子在NC和NO端子之間翻轉的電激勵（輸入信號）連接到標有S（表示“選擇”）的第四端子。

圖3. SPDT繼電器原理圖（來源：Javier Piay）

SPDT繼電器是我們將在繼電器計算設計和仿真項目中使用的主要組件（如果不是唯一的話）。至于實施/構建階段，由于一些不可忽略的原因，例如緊湊的尺寸（每個IC三個或四個開關），我目前更傾向于使用該設備的電子版本（圖2中第一列）。 ，非常低的價格（每個開關3美分），快速的原型制作（與面包板兼容），非常廣泛的數字和模擬信號電平范圍以及易于耦合到其他電子設備的功能（如有必要）。

在SPDT繼電器（或電子開關）中可用的四個端子/引腳中，只有S始終充當輸入。在某些使用場景中，COM端子充當輸入，在這種情況下，NC和NO端子都充當輸出。在其他使用場景中，NC和NO端子充當輸入，在這種情況下，COM端子充當輸出。與任何開關一樣，一旦繼電器成為較大電路的一部分，這些配置就會自動采用。

圖4示出了前述配置。為了演示起見，將左側SPDT繼電器的COM端子配置為輸出。在這種情況下，NC和NO端子都可以帶有邏輯0（深綠色）或邏輯1（淺綠色）值，并且繼電器在這些端子之間進行選擇，并將選定的信號傳遞到COM輸出。由于該繼電器顯示為未激活或已斷電（S = 0），因此COM輸出在NC輸入上反映邏輯0值。

圖4. SPDT繼電器允許的輸入/輸出（I / O）配置。（資料來源：哈維爾·皮耶（Javier Piay）

相比之下，右側SPDT繼電器的COM端子被配置為輸入。由于該繼電器顯示為處于活動狀態或已通電（S = 1），因此NO輸出反映COM輸入上的邏輯1值。同時，NC輸出處于高阻抗（Z）狀態，這意味著其他繼電器可以安全地將邏輯0或1值驅動到連接到此端子的信號（即電線）上。

在基于繼電器的二進制或數字計算中，大多數繼電器（如果不是全部）都執行邏輯功能并在計算模塊/系統內實現邏輯門，這與執行電源和負載切換的獨立繼電器的通用應用相反。

SPDT繼電器之所以如此酷，是因為它本身就是一個通用邏輯門。也就是說，它可以用于實現任何兩個輸入邏輯功能。只需意識到圖4左側的SPDT繼電器起多路復用器（MUX）的作用就可以很容易地證明這一點，眾所周知，該組件是通用邏輯門。

MUX：如果S等于0，則將COM設置為NC，否則將COM設置為NO。

相比之下，圖4右側的SPDT中繼充當解復用器（DEMUX）。

DEMUX：如果S等于0，則將NC設置為COM，否則將NO設置為COM。

圖5顯示了如何使用SPDT繼電器實現任何原始邏輯門以及完整的加法器。

圖5. SPDT繼電器作為通用邏輯門，實現了任何原始邏輯門和完整的加法器。（資料來源：哈維爾·皮耶（Javier Piay）

NOT：如果A等于0，則將輸出設置為1，否則將輸出設置為0。

AND：如果A等于0，則將輸出設置為A（0），否則將輸出設置為B。

或：如果A等于0，則將輸出設置為B，否則將輸出設置為A（1）。

XOR：如果A等于0，則將輸出設置為B，否則將輸出設置為NOTB。

NAND：如果A等于0，則將輸出設置為NOT A（1），否則將輸出設置為NOTB。

NOR：如果A等于0，則將輸出設置為NOT B，否則將輸出設置為NOT A（0）。

XNOR：如果A等于0，則將輸出設置為NOT B，否則將輸出設置為B。

全稱（S = A + B + Cin）：S = A XOR B XOR Cin。如果A XOR B等于0，則將Cout設置為A，否則將Cout設置為Cin。

作為該“構建中繼計算機”微型系列文章第1部分的最后一個示例，圖6顯示了使用SPDT中繼的4:16解碼器的實現。

圖6.使用SPDT繼電器的4:16解碼器實現。（資料來源：哈維爾·皮耶（Javier Piay）

編輯：hfy