Схеми та логіка
Одна з найкрутіших можливостей схем це те, що схема може бути мистецтвом,
якщо у мене є креативна ідея, я можу її здійснити за допомогою схеми.
Тож якщо у вас є ідеї, можете використати технології, щоб втілити їх у життя.
Кожен вхід та вихід даних з комп'ютера є по суті типом інформації,
яку можна представити електричними сигналами включено та виключено,
одиничками та нуликами.
Для обробки інформації, як поступає на вхід і для того, щоб створити вихідну інформацію,
комп'ютер повинен змінити та поєднати різні вхідні сигнали.
Щоб це зробити, комп'ютер використовує мільйони мініатюрних електричних компонентів,
які утворюють схеми.
Розглянемо ближче, як схеми можуть змінювати та обробляти інформацію у формі нулів та одиниць.
Це дуже проста схема.
Вона бере електричний сигнал, включено чи виключено, і обертає його.
Якщо на вхід подано 1, схема повертає 0.
Якщо на вхід дати 0, отримаємо 1.
Сигнал на вході НЕ такий самий, як сигнал на виході, тож цю схему можна назвати НЕ.
Складніші схеми можуть отримувати багато сигналів та поєднувати їх, і видавати інший результат.
У цьому прикладі схема бере два електричні сигнали, кожен з яких може бути 1 чи 0.
Якщо хоча б один з вхідних сигналів нуль, то і результат теж нуль.
Ця схема лише тоді дасть на виході 1,
якщо І вхідний, І вихідний сигнали є одиницями. Тож назвемо цю схему І.
Багато маленьких схем, схожих на цю, виконують прості логічні обчислення.
З'єднуючи ці схеми, можна створити складніші, для виконання складніших обчислень.
Наприклад, можна зробити схему, яка додає 2 біти, і назвати її суматором.
Ця схема приймає 2 окремі біти, кожен з яких може бути 0 або 1, і додає їх, обчислюючи суму.
Сума може бути 0 додати 0 буде 0,
0 додати 1 буде 1, а 1 додати 1 буде 2.
Потрібно два проводи на виході, бо для представлення суми може знадобитись дві двійкові цифри.
Коли ви маєте простий суматор для додавання двох бітів інформації,
можна з'єднати кілька екземплярів цих суматорів разом для додавання більших чисел.
Наприклад, ось 8-бітний суматор додає числа 25 та 50.
Кожне число представлене 8 бітами, утворюючи 16 різних електричних сигналів на вході схеми.
Схема 8-бітного суматора складається з кількох менших суматорів, які разом обчислюють суму.
Різні електричні схеми можуть виконувати інші прості обчислення: віднімання чи множення.
Власне, вся обробка інформації, яку виконує ваш комп'ютер,
зводиться до поєднання величезної кількості простих операцій.
Кожна окрема дія, яка виконується комп'ютером, дуже проста, навіть для людини,
але схеми всередині комп'ютера незрівнянно швидші.
Колись раніше схеми були великі та громіздкі,
8-бітний суматор міг бути розміром з холодильник, і просте обчислення тривало хвилинами.
Сьогодні ж комп'ютерні схеми - мікроскопічні, і значно-значно швидші.
Як же менші комп'ютери є швидшими?
Чим менша схема, тим меншу відстань змушений долати електричний сигнал.
Електричний сигнал рухається майже на швидкості світла, тому сучасні схеми можуть виконувати мільярди обчислень на секунду.
Тож коли ви граєте в гру, записуєте відео чи досліджуєте космос,
все, що би ви не робили за допомогою технологій, вимагає надзвичайно швидкої обробки величезної кількості інформації.
За цією складністю стоять багато малесеньких схем, які перетворюють двійкові сигнали
у веб-сайти, відео, музику та ігри.
Ці схеми можуть навіть допомогти нам розшифрувати ДНК для діагностики та лікування хвороб.
А що би ви хотіли створити з цих схем?