Два способа собрать 4-входовый AND

Можно подключить один 4-входовый вентиль AND напрямую, а можно собрать цепочку из трёх 2-входовых AND: ((A·B)·C)·D. Обе схемы вычисляют одну и ту же булеву функцию — разница целиком в физической реализации, а не в логике.

Число входов и глубина схемы

Широкий вентиль даёт всего одну ступень задержки, но требует больше транзисторов внутри и сильнее нагружает вход, который его переключает, — это его предел по числу входов (fan-in). Цепочка 2-входовых вентилей нагружает каждый вход меньше, но требует log2(N) ступеней задержки для N входов: 4-входовая цепочка — 2 задержки вентиля, 8-входовая — 3. На критичном по времени пути эта разница в глубине может значить больше, чем общее число вентилей.

Многовходовые вентили в Boolflow

В Boolflow есть готовые блоки AND3/AND4, OR3/OR4, NAND3, NOR3 и XOR3 именно для того, чтобы не собирать вручную цепочку из вентилей поменьше, когда нужна версия с одной ступенью задержки, — выбирайте тот, что соответствует тому, как вы рассуждаете о синхронизации схемы.

Попробуйте сами

Соберите одну и ту же 4-входовую функцию AND двумя способами в редакторе схем — одним блоком AND4 и цепочкой из трёх 2-входовых вентилей AND — сверьте их с помощью инструмента «Таблица истинности» на всех входных комбинациях, а затем сосчитайте число ступеней задержки от входа до выхода в каждом варианте.