设计一个 硬件 实现的 Dictionary（字典）

Dictionary 就是 字典， 是一种可以根据 Key 来 快速 查找 Value 的 数据结构 。

 

比如 我们在 C# 里用到的 Dictionary<T>，  

在 程序设计 里， 字典 通常使用 哈希表（Hash 表） 的 方式 实现， 也可以用 索引 的 方式 实现，

 

不过 索引 太占空间 了，  所以 在 数据库 里 用的 很普遍， 但是 在 应用程序（内存） 这一层面 好像 没有看到过用 索引 的 。

 

今天 我们 来 设计一个 用 硬件 实现 的 字典 ：      ^^

 

要开始研究 硬件 来 实现一个 字典 呢， 需要 先 准备 一些 基础知识， 可以先看一下我写的另外一篇文章  《漫谈计算机硬件的设计和实现》

https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/9866334.html

 

首先， 我们要引入一个 “开关门” 门电路， 就是 除了 “与”、“或”、“非”  门电路 外， 还需要一个 “开关门” 门电路，

实际上， “开关门” 电路 就是 构成 “与”、“或”、“非”  门电路 的 基础 。

 

我们来看一下  “开关门” 电路 的 逻辑电路图 ：

当 控制端 输入 0 时， 开关 关， 即 输入端 到 输出端 之间的 电路 断开，

当 控制端 输入 1 时， 开关 开， 即 输入端 到 输出端 之间的 电路 接通 。

 

这个 “开关门 ”  是不是有点像 三极管 ？   哈哈哈

 

接下来， 我们要设计一个  “电子开关”，

“电子开关” 就是

当 设定端 是 0 时， 输入端 若 输入 0 ， 则 输出端 输出 1， 若 输入端 输入 1 时， 输出端 输入 0，

当 设定端 是 1 时， 输入端 若 输入 0 ， 则 输出端 输出 0， 若 输入端 输入 1 时， 输出端 输入 1，

这是  ……  ？

 

哈哈哈，  就是 输入端 输入的 值 和 设定端 相同 时， 输出端 输出 1 （开），  否则 输出端 输出 0 （关） 。

这有什么用  ？

 

利用 这个  “设定” 的 功能， 可以实现  “设置 Key”  的 效果 。

 

我们来看一下 “电子开关” 的 逻辑电路图 ：

 

有了 “电子开关”，  我们 就可以 实现一个 “字典单元”，  一个 “字典单元” 可以 存放 一个 键值对 。

我们来看一下 “字典单元” 的 逻辑电路图 ：

 

 

简单起见， 上图的这个 字典单元 只有  2 位（2 Bit），  就是说 可以支持   “00”、“01”、“10”、“11”   4 个 键 。

在 设定端 可以 设定键，  比如 设定端 是  “00”，   则 输入端 输入 “00” 时，  最上方 的 “与门” 输出 1 ，  “Value 存储单元” 接通， 可以读取数据， 读取到的就是 键 对应的 值 。 输入端 输入 非 “00” 的 其它 值 时，  与门 输出 0，  “Value 存储单元” 不接通，  不能读取数据 。

又比如 设定端 是  “01”，   则 输入端 输入 “01” 时，  最上方 的 “与门” 输出 1 ，  “Value 存储单元” 接通， 可以读取数据， 读取到的就是 键 对应的 值 。 输入端 输入 非 “01” 的 其它 值 时，  与门 输出 0，  “Value 存储单元” 不接通，  不能读取数据 。

 

这就实现了一个 字典单元，

我们把 若干个 字典单元 并联起来（按引脚并联）， 即 设定端 的 引脚 1 和 引脚 1 并联， 引脚 2 和 引脚 2 并联 ……  输入端， 输出端 亦然 。

这样 就 组成了一个 字典， 或者说 字典阵列， 就像 内存 的 一组 存储单元 一样 。

n 个 字典单元 组成 的 字典阵列 可以 存放 n 个 键值对 。

 

哎 ？   等，，，  说到   “阵列”  ，  如果 设定端 在 断电 的 情况下 也能 保存 设定值，  那这岂不就成了   “可编程逻辑阵列”    了嘛  ~！