Một trong những điều ngầu nhất tôi khám phá ra về mạch điện chính là sơ đồ
mạch điện giống như một môn nghệ thuật, kiểu như nếu tôi có một ý tưởng sáng tạo thì có thể dùng mạch điện để thể hiện nó.
Vì vậy, nếu bạn có ý tưởng, bạn có thể dùng công nghệ để biến chúng thành hiện thực.
Mỗi một thông tin đầu vào và đầu ra của máy tính thực ra là một loại thông tin
đại diện bởi các tín hiệu điện bật hoặc tắt
hay bởi 1 hoặc 0.
Để xử lý thông tin xuất hiện dưới dạng đầu vào và để tạo thông tin đầu ra,
máy tính cần sửa đổi và kết hợp các tín hiệu đầu vào.
Để làm vậy, máy tính dùng hàng triệu linh kiện điện tử bé xíu, kết hợp với nhau để tạo thành mạch điện.
Hãy cùng tìm hiểu kỹ hơn về cách mạch điện sửa đổi và xử lý thông tin được đại diện bởi số 1 và 0.
Đây là một mạch điện cực kỳ đơn giản.
Ta chỉ cần một tín hiệu điện, bật hoặc tắt, rồi nó sẽ đảo ngược lại.
Tức là, nếu tín hiệu bạn đưa ra là 1, mạch sẽ cho ra 0,
và nếu bạn đưa ra 0, mạch sẽ cho ra 1.
Tín hiệu đi vào không giống với tín hiệu phát ra và vì vậy, ta gọi mạch này là mạch đảo.
Những mạch điện phức tạp hơn sẽ có nhiều tín hiệu kết hợp với nhau và cho ra kết quả khác biệt.
Trong ví dụ này, mạch điện sẽ có hai tín hiệu điện, giờ, mỗi tín hiệu có thể là 1 hoặc là 0.
Nếu một trong hai tín hiệu đầu vào là 0 thì kết quả cũng sẽ là 0.
Mạch điện này sẽ chỉ cho ra 1,
nếu tín hiệu thứ nhất và thứ hai đều là 1 và vì vậy, ta gọi mạch này là mạch và.
Có khá nhiều mạch đơn giản như thế này để thực hiện các phép tính logic đơn giản.
Ta có thể tạo ra các mạch phức tạp hơn để thực hiện các phép tính phức tạp hơn bằng cách kết hợp các mạch này với nhau.
Ví dụ: Bạn có thể tạo một mạch điện cộng 2 bit lại với nhau hay còn gọi là mạch cộng.
Mạch này có 2 bit riêng biệt, mỗi cái là 1 hoặc là 0, rồi cộng chúng lại với nhau để tính tổng.
Tổng có thể là 0 cộng 0 bằng 0,
cộng 1 bằng 1, hoặc 1 cộng 1 bằng 2.
Bạn cần có hai đường dẫn ra vì có thể cần đến hai chữ số nhị phân để thể hiện tổng.
Khi bạn đã có một mạch cộng đơn để cộng 2 bit thông tin,
bạn có thể kết hợp hàng loạt mạch cộng này cạnh nhau để tính tổng những con số lớn hơn nhiều lần.
Ví dụ: Đây là cách mạch cộng 8 bit cộng các số 25 và 50.
Mỗi số được đại diện bởi 8 bit, kết quả là sẽ có 16 tín hiệu điện khác nhau đi vào mạch.
Mạch điện của mạch cộng 8 bit gồm rất nhiều mạch cộng nhỏ cấu thành và chúng kết hợp với nhau để tính tổng.
Các mạch điện khác có thể thực hiện các phép tính đơn giản khác như phép trừ hoặc phép nhân.
Trong thực tế, mọi quá trình xử lý thông tin mà máy tính thực hiện chính là sự kết hợp của rất nhiều tác vụ đơn giản nhỏ lẻ.
Mỗi một tác vụ mà máy tính thực hiện đều rất rất đơn giản và con người cũng có thể làm được
nhưng mạch điện bên trong máy tính làm nhanh hơn rất nhiều lần.
Ngày xưa, những mạch điện này rất to và cồng kềnh,
một mạch cộng 8 bit có thể to bằng cái tủ lạnh và phải mất vài phút để làm một phép tính đơn giản.
Ngày nay, mạch máy tính có kích thước siêu nhỏ và hoạt động cực nhanh.
Tại sao máy tính nhỏ hơn mà lại cũng nhanh hơn?
Là bởi vì mạch càng nhỏ, khoảng cách truyền tín hiệu điện càng ngắn.
Điện di chuyển với tốc độ gần như ánh sáng, đó là lý do tại sao các mạch hiện đại có thể thực hiện hàng tỷ phép tính mỗi giây.
Vậy nên, dù bạn đang chơi game, quay video hay khám phá vũ trụ,
mọi thứ bạn có thể dùng công nghệ để thực hiện đều đòi hỏi việc phải xử lý cực nhanh rất nhiều thông tin.
Đằng sau tất cả những phức tạp này chính là rất nhiều những mạch điện nhỏ xíu, biến các tín hiệu nhị phân
thành các trang web, video, âm nhạc và trò chơi.
Những mạch này thậm chí có thể giúp ta giải mã ADN để chẩn đoán và chữa bệnh.
Vậy, bạn muốn làm gì với tất cả những mạch điện này?