Одна из самых крутых особенностей радиоинженерии в том, что создание печатной платы может быть искусством,
если у меня есть творческая идея, я могу ее осуществить с помощью схемы.
Поэтому если у вас есть идеи, вы можете прибегнуть к технологии, чтобы воплотить их в жизнь.
Каждый вводи вывод компьютера является по сути типом информации,
которую можно представить электрическими сигналами "включено" или "выключено",
единицами и нулями.
Для преобразования поступающей на вход информации в конечную,
компьютер должен изменить и объединить различные входные сигналы.
Чтобы сделать это возможным, компьютер использует миллионы мелких электрических компонентов,
которые образуют схемы.
Рассмотрим поближе, как схемы могут изменять и обрабатывать информацию в форме нулей и единиц.
Это очень простая схема.
Она берет электрический сигнал "включено" или "выключено", и инвертирует его.
Поэтому, если на вход подано 1, возвращается 0.
Если на вход подать 0, получим 1.
Сигнал на входе не является тем же сигналом на выходе, поэтому эту схему мы называем "Не равно".
Более сложные схемы могут получать несколько сигналов, комбинировать их и выдавать различные результаты.
В этом примере схема работает с двумя электрическими сигналами, каждый из которых может быть "1" или "0".
Если хотя бы один из входных сигналов "0", то и результат тоже "0".
Схема лишь тогда выдаст "1",
если и входной, и выходной сигналы являются единицами. Поэтому назовем эту схему "И".
Много маленьких схем, как эта, выполняют простые логические вычисления.
Соединяя эти схемы, можно создать более сложные для выполнения сложных вычислений.
Например, можно сделать схему, которая складывает 2 бита, и назвать ее сумматором.
Эта схема принимает 2 отдельных бита, каждый из которых может быть 0 или 1,
складывая их, вычисляет сумму.
Возможные варианты: 0+0 =0
0+1=1, или 1+1=2.
Нам нужно два сигнала на выходе, так как для выражения суммы нам необходимо 2 двоичных числа.
Когда у вас есть один сумматор для сложения двух битов информации,
вы можете объединить произведения сумматоров для сложения бОльших чисел.
Например, здесь 8-битный сумматор складывает число 25 и 50.
Каждое число представлено 8 битами, образуя 16 различных электрических сигналов проходящих в схеме.
Схема для 8-битного сумматора состоит из некоторого числа меньших сумматоров, которые вместе вычисляют сумму.
Различные электрические схемы могут выполнять другие простые вычисления: вычитание или умножение.
Собственно, весь процесс обработки информации, которую выполняет компьютер,
сводится к сочетанию множества простых операций.
Каждое отдельное действие, которое выполняется компьютером - очень простое, даже для человека,
но схемы внутри компьютера намного быстрее.
Когда-то раньше схемы были большими и громоздкими,
8-битный сумматор мог быть размером с холодильник, и простое вычисление длилось минутами.
Сегодня же компьютерные схемы - микроскопичны, и значительно более быстрые.
Каким образом меньшие компьютеры являются такими же быстрыми?
Что ж, чем меньше схема, тем меньшее расстояние вынужден преодолевать электрический сигнал.
Электрический сигнал движется на скорости, подобной скорости света, поэтому современные схемы могут выполнять
миллиарды вычислений в секунду.
Поэтому когда вы играете в игру, записываете видео или исследуете космос -
что бы вы ни делали с помощью технологий, требуется чрезвычайно быстрая обработка
огромного количества информации.
За всей этой сложностью скрыто множество мелких схем, которые превращают двоичные сигналы
в веб-сайты, видео, музыку и игры.
Эти схемы могут даже помочь нам расшифровать ДНК для диагностики и лечения болезней.
А что бы вы хотели создать из этих схем?