مُضاعِف الإشارات

في مجال الإلكترونيات ، يُعرف المُضاعِف (أو المُضاعِف ؛ ويُكتب أحيانًا مُضاعِف الإشارات )، أو مُنتقي البيانات ، بأنه جهاز يختار بين عدة إشارات دخل تناظرية أو رقمية ، ثم يُرسل الإشارة المُختارة إلى خط إخراج واحد. ^{[ 1 ]} ويتم توجيه عملية الاختيار بواسطة مجموعة منفصلة من المدخلات الرقمية تُعرف بخطوط الاختيار.${\displaystyle 2^{n}}$المدخلات لديها${\displaystyle n}$^{[ 2 ]}​

يُتيح المُضاعِف إمكانية مشاركة عدة إشارات دخل مع جهاز أو مورد واحد، مثل مُحوِّل تناظري-رقمي واحد أو وسيط نقل اتصالات واحد ، بدلاً من وجود جهاز منفصل لكل إشارة دخل. كما يُمكن استخدام المُضاعِفات لتنفيذ الدوال المنطقية لمتغيرات متعددة.

في المقابل، يُعدّ جهاز فك التشفير (أو جهاز فك التشفير ) جهازًا يستقبل إشارة دخل واحدة ويعيد توجيهها بشكل انتقائي إلى أحد خطوط الإخراج المتعددة. غالبًا ما يُستخدم جهاز الإرسال المتعدد مع جهاز فك تشفير تكميلي في طرف الاستقبال. ^{[ 1 ]}

يمكن اعتبار مُضاعِف الإشارات الإلكتروني بمثابة مفتاح ذي مدخلات متعددة ومخرج واحد ، بينما يُعتبر مُزيل مُضاعِف الإشارات بمثابة مفتاح ذي مدخل واحد ومخرجات متعددة . ^{[ 3 ]} يُرمز لمُضاعِف الإشارات في المخطط التخطيطي بشبه منحرف متساوي الساقين، حيث يحتوي الضلع الأطول المتوازي على دبابيس الإدخال، بينما يحتوي الضلع الأقصر المتوازي على دبوس الإخراج. ^{[ 4 ]} يُظهر المخطط التخطيطي على اليمين مُضاعِف إشارات 2 إلى 1 على اليسار ومفتاحًا مُكافئًا له على اليمين.${\displaystyle sel}$يقوم السلك بتوصيل المدخل المطلوب بالمخرج.

تُعدّ مُضاعِفات الإرسال جزءًا من أنظمة الحاسوب لاختيار البيانات من مصدر مُحدد، سواءً كان شريحة ذاكرة أو جهازًا طرفيًا. يستخدم الحاسوب مُضاعِفات الإرسال للتحكم في ناقلات البيانات والعناوين، مما يسمح للمعالج باختيار البيانات من مصادر بيانات متعددة.

في الاتصالات الرقمية، تسمح أجهزة الإرسال المتعدد (Multiplexers) بإجراء عدة اتصالات عبر قناة واحدة من خلال ربط مخرج جهاز الإرسال المتعدد بمدخل جهاز فك الإرسال المتعدد (تقنية الإرسال المتعدد بتقسيم الوقت). توضح الصورة على اليمين هذه الميزة. في هذه الحالة، تكون تكلفة إنشاء قنوات منفصلة لكل مصدر بيانات أعلى من تكلفة ومتاعب توفير وظائف الإرسال المتعدد/فك الإرسال المتعدد.

في الطرف المستقبل لوصلة البيانات ، عادةً ما يلزم وجود مُزيل إرسال مُكمِّل لتقسيم تدفق البيانات الواحد إلى تدفقاته الأصلية. في بعض الحالات، قد يمتلك النظام البعيد وظائف تتجاوز وظيفة مُزيل الإرسال البسيط، ومع أن عملية إزالة الإرسال تحدث تقنيًا، إلا أنها قد لا تُنفَّذ بشكل منفصل. يحدث هذا، على سبيل المثال، عندما يخدم مُجمِّع الإرسال عددًا من مستخدمي شبكة IP ، ثم يُغذِّي البيانات مباشرةً إلى جهاز التوجيه ، الذي يقرأ محتوى الوصلة بالكامل فورًا في معالج التوجيه الخاص به ، ثم يُجري عملية إزالة الإرسال في الذاكرة، ومنها تُحوَّل البيانات مباشرةً إلى أقسام IP.

غالباً ما يتم دمج جهازَي الإرسال المتعدد وفك الإرسال المتعدد في جهاز واحد، يُشار إليه ببساطة باسم جهاز الإرسال المتعدد . كلا عنصري الدائرة ضروريان في طرفي وصلة الإرسال لأن معظم أنظمة الاتصالات تُرسل في كلا الاتجاهين .

في تصميم الدوائر التناظرية ، يعتبر المضاعف نوعًا خاصًا من المفاتيح التناظرية التي تربط إشارة واحدة مختارة من عدة مدخلات بمخرج واحد.

في تصميم الدوائر الرقمية ، تكون أسلاك الاختيار ذات قيمة رقمية. في حالة مُضاعِف الإشارات 2 إلى 1، يتم توصيل قيمة منطقية 0.${\displaystyle I_{0}}$إلى المخرج، بينما القيمة المنطقية 1 ستوصل${\displaystyle I_{1}}$إلى المخرج. في أجهزة الإرسال المتعددة الأكبر حجمًا، يكون عدد دبابيس التحديد مساويًا لـ${\displaystyle \left\lceil \log _{2}(n)\right\rceil }$أين${\displaystyle n}$هو عدد المدخلات.

على سبيل المثال، تتطلب المدخلات من 9 إلى 16 ما لا يقل عن 4 دبابيس اختيار، بينما تتطلب المدخلات من 17 إلى 32 ما لا يقل عن 5 دبابيس اختيار. وتحدد القيمة الثنائية المُعبر عنها على دبابيس الاختيار دبوس الإدخال المُختار.

يحتوي مُضاعِف الإشارات 2 إلى 1 على معادلة منطقية حيث${\displaystyle A}$و${\displaystyle B}$المدخلان هما${\displaystyle S_{0}}$هو مُدخل المُحدِّد، و${\displaystyle Z}$الناتج هو:

${\displaystyle Z=(A\wedge \neg S_{0})\vee (B\wedge S_{0})}$ أو

${\displaystyle Z=(A\cdot {\overline {S_{0}}})+(B\cdot S_{0})}$

والتي يمكن التعبير عنها بجدول الحقيقة :

${\displaystyle S_{0}}$	${\displaystyle A}$	${\displaystyle B}$	${\displaystyle Z}$
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	1	1

أو بصيغة أبسط:

${\displaystyle S_{0}}$	${\displaystyle Z}$
0	أ
1	ب

توضح هذه الجداول أنه عندما${\displaystyle S_{0}=0}$ثم${\displaystyle Z=A}$لكن عندما${\displaystyle S_{0}=1}$ثم${\displaystyle Z=B}$يتطلب التنفيذ المباشر لهذا المُضاعِف 2 إلى 1 بوابتين AND، وبوابة OR، وبوابة NOT. مع أن هذا صحيح رياضيًا، إلا أن التنفيذ المادي المباشر سيكون عرضةً لحالات التزامن التي تتطلب بوابات إضافية لكبحها. ^{[ 5 ]}

كما أن أجهزة الإرسال المتعددة الأكبر حجماً شائعة أيضاً، وكما ذكر أعلاه، تتطلب${\displaystyle \left\lceil \log _{2}(n)\right\rceil }$دبابيس التحديد لـ${\displaystyle n}$المدخلات. الأحجام الشائعة الأخرى هي 4 إلى 1، و8 إلى 1، و16 إلى 1. بما أن المنطق الرقمي يستخدم القيم الثنائية، تُستخدم قوى العدد 2 (4، 8، 16) للتحكم الأمثل في عدة مدخلات لعدد محدد من مدخلات المُحدِّد.

• 
  مُضاعِف 4 إلى 1
• 
  مُضاعِف 8 إلى 1
• 
  مُضاعِف 16 إلى 1

المعادلة المنطقية لمضاعف الإرسال 4 إلى 1 هي:

${\displaystyle Z=(A\wedge \neg {S_{1}}\wedge \neg S_{0})\vee (B\wedge \neg S_{1}\wedge S_{0})\vee (C\wedge S_{1}\wedge \neg S_{0})\vee (D\wedge S_{1}\wedge S_{0})}$ أو

${\displaystyle Z=(A\cdot {\overline {S_{1}}}\cdot {\overline {S_{0}}})+(B\cdot {\overline {S_{1}}}.S_{0})+(C\cdot S_{1}\cdot {\overline {S_{0}}})+(D\cdot S_{1}\cdot S_{0})}$

والتي يمكن التعبير عنها بجدول الحقيقة :

${\displaystyle S_{1}}$	${\displaystyle S_{0}}$	${\displaystyle Z}$
0	0	أ
0	1	ب
1	0	ج
1	1	د

تم بناء مُضاعِف الإرسال 4 إلى 1 التالي من مخازن مؤقتة ثلاثية الحالة وبوابات AND (تعمل بوابات AND كوحدة فك تشفير):

الرموز السفلية على${\displaystyle I_{n}}$تشير المدخلات إلى القيمة العشرية لمدخلات التحكم الثنائية التي يتم السماح بمرور هذا المدخل.

قائمة الدوائر المتكاملة التي توفر خاصية تعدد الإرسال

بالنسبة لأرقام أجزاء سلسلة 7400 في الجدول التالي، فإن "x" هي عائلة المنطق.

رقم الهوية	وظيفة	حالة الإخراج
74x157	مُضاعِف رباعي 2:1.	الناتج هو نفسه المدخلات المعطاة
74x158	مُضاعِف رباعي 2:1.	الناتج هو عكس المدخل
74x153	مُضاعِف مُزدوج 4:1.	الناتج هو نفسه المدخل
74x352	مُضاعِف مُزدوج 4:1.	الناتج هو عكس المدخل
74x151A	مُضاعِف 8:1.	كلا المخرجين متاحان (أي مخرجان متكاملان)
74x151	مُضاعِف 8:1.	الناتج هو عكس المدخل
74x150	مُضاعِف 16:1.	الناتج هو عكس المدخل

تستقبل وحدات فك التشفير مدخل بيانات واحد وعددًا من مداخل التحديد، ولها عدة مخارج. تقوم هذه الوحدات بتوجيه مدخل البيانات إلى أحد المخارج بناءً على قيم مداخل التحديد. تُعدّ وحدات فك التشفير مفيدة أحيانًا لتصميم الدوائر المنطقية العامة، لأنه إذا كان مدخلها صحيحًا دائمًا، فإنها تعمل كوحدة فك تشفير ثنائية . وهذا يعني أنه يمكن إنشاء أي دالة لبتات التحديد عن طريق دمج مجموعة المخارج الصحيحة منطقيًا باستخدام عملية OR.

إذا كان X هو المدخل و S هو المحدد، و A و B هما المخرجات:

$${\displaystyle A=(X\wedge \neg S)}$$$${\displaystyle B=(X\wedge S)}$$

قائمة الدوائر المتكاملة التي توفر خاصية فك التشفير

بالنسبة لأرقام أجزاء سلسلة 7400 في الجدول التالي، حيث "x" هي عائلة المنطق.

رقم الهوية (7400)	رقم الهوية (4000)	وظيفة	حالة الإخراج
74x139		مُزيل إشارات مزدوج 1:4.	الناتج هو عكس المدخل
74x156		مُزيل إشارات مزدوج 1:4.	المخرج عبارة عن جامع مفتوح
74x138		فك التشفير 1:8.	الناتج هو عكس المدخل
74x238		فك التشفير 1:8.
74x154		1:16 فك التشفير.	الناتج هو عكس المدخل
74x159	CD4514/15	1:16 فك التشفير.	المخرج عبارة عن مجمع مفتوح وهو مماثل للمدخل

تُبنى مُضاعِفات الإرسال ثنائية الاتجاه باستخدام مفاتيح تناظرية أو بوابات إرسال يتم التحكم فيها بواسطة دبابيس الاختيار. وهذا يسمح بتبديل أدوار الإدخال والإخراج بحيث يمكن لمُضاعِف الإرسال ثنائي الاتجاه أن يعمل كمُزيل إرسال ومُضاعِف إرسال في آن واحد. ^{[ 6 ]}

يمكن استخدام مُضاعِفات الإرسال كأجهزة منطقية قابلة للبرمجة لتنفيذ الدوال البوليانية. يُمكن تنفيذ أي دالة بوليانية ذات n متغير ونتيجة واحدة باستخدام مُضاعِف إرسال ذي n مدخلات اختيار. تُوصَّل المتغيرات بمدخلات الاختيار، وتُوصَّل نتيجة الدالة، 0 أو 1، لكل توليفة ممكنة من مدخلات الاختيار بمدخل البيانات المُناسب. إذا كان أحد المتغيرات (على سبيل المثال، D ) مُتاحًا أيضًا معكوسًا، فإن مُضاعِف إرسال ذي n -1 مدخلات اختيار يكفي؛ حيث تُوصَّل مدخلات البيانات بـ 0 أو 1 أو D أو ~ D ، وفقًا للمخرج المطلوب لكل توليفة من مدخلات الاختيار. ^{[ 7 ]}

وجدت أجهزة الإرسال المتعدد تطبيقات في الحوسبة العشوائية غير التقليدية ، لا سيما في تسهيل عمليات الجمع الحسابي. في هذا النموذج، تُمثَّل البيانات كسلسلة بتات احتمالية، حيث يشير عدد البتات التي قيمتها '1' إلى مقدار القيمة. وبالتالي، يمكن تصور وظيفة جهاز الإرسال المتعدد 2 إلى 1 كدالة احتمالية يُرمز لها بما يلي:

${\displaystyle y=P(a)\times P(1-s)+P(b)\times P(s)}$

حيث يمثل a و b تدفق البتات المدخلة، و s هو مدخل التحديد. باستخدام مدخل التحديد = 0.5، نحصل على:

${\displaystyle y={\frac {P(a)+P(b)}{2}}}$

على الرغم من أن هذا النهج لا يُنتج جمعًا دقيقًا، بل جمعًا مُقاسًا، إلا أنه يُعتبر مقبولًا في معظم دراسات الدوائر المتكاملة. تُستخدم مُضاعِفات الإرسال على نطاق واسع في مهام مثل جمع المتوسطات، وتجميع المتوسطات، وتصفية الوسيط ضمن دوائر الدوائر المتكاملة. علاوة على ذلك، تشمل التطبيقات الأكثر تطورًا لمُضاعِفات الإرسال العمل كمولد لدوال متعددة الحدود لبرنشتاين، ^{[ 8 ]} القادرة على إنتاج دوال رياضية عشوائية ضمن نطاق الدوائر المتكاملة. كما كشفت الأبحاث الحديثة أن تركيبات مُضاعِفات الإرسال يُمكن أن تُسهّل عمليات الضرب والتجميع واسعة النطاق، ^{[ 9 ]} مما يُثبت جدواها في تسريع الشبكات العصبية الالتفافية على مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة الميدانية .

• مُضاعِف الوصول إلى خط المشترك الرقمي (DSLAM)
• مُضاعِف الإرسال العكسي
• تعدد الإرسال
  • تعدد الإرسال بتقسيم الشفرة
  • تعدد الإرسال بتقسيم التردد
  • تعدد الإرسال بتقسيم الوقت
  • تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي
  • التعدد الإحصائي
  • تشارلي بليكسينج
• مشفر الأولوية
• القاعدة 184 ، وهي عبارة عن أوتومات خلوي تعمل فيه كل خلية كمُضاعِف للقيم من الخليتين المتجاورتين
• مُضاعِف الإشارات الإحصائي
• عامل الشرط الثلاثي

• مانو، إم. موريس؛ كيم، تشارلز ر. (2008). أساسيات المنطق وتصميم الحاسوب (الطبعة الرابعة  ). برنتيس هول . ISBN 978-0-13-198926-9..

• الوسائط المتعلقة بأجهزة الإرسال المتعدد على ويكيميديا ​​كومنز
• تعريف كلمة "مُضاعِف الإرسال" في قاموس ويكشنري