03 Circuits v6

Схемы и логика

Одна из самых крутых возможностей схем это то, что
схема может быть искусством,

если у меня есть креативная идея, я могу ее осуществить
с помощью схемы.

Поэтому если у вас есть идеи, можете использовать
технологии, чтобы воплотить их в жизнь.

Каждый вход и выход данных с компьютера является по
сути типу информации,

которую можно представить электрическими сигналами
включено и исключено,

единичками и ноликами.

Для обработки информации, как поступает на вход и
для того, чтобы создать исходную информацию,

компьютер должен изменить и объединить различные
входные сигналы.

Чтобы это сделать, компьютер использует миллионы
миниатюрных 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, включены не исключено,
и вращает его.

Если на вход подано 1, схема возвращает 0.

Если на вход дать 0, получим 1.

Сигнал на входе НЕ такой же, как сигнал на выходе,
поэтому эту схему можно назвать НЕ.

Сложные схемы могут получать много сигналов и сочетать
их, и выдавать другой результат.

В этом примере схема берет два электрические сигналы,
каждый из которых может быть 1 или 0.

Если хотя бы один из входных сигналов ноль, то и
результат тоже ноль.

Эта схема только тогда даст на выходе 1,

если и входной, и выходной сигналы являются
единицами. Поэтому назовем эту схему И.

Много маленьких схем, похожих на эту, выполняют
простые логические вычисления.

Соединяя эти схемы, можно создать сложные для
выполнения сложных вычислений.

Например, можно сделать схему, которая добавляет 2
бита, и назвать ее сумматором.

Эта схема принимает 2 отдельные биты, каждый из
которых может быть 0 или 1, и добавляет их, вычисляя
сумму.

Сумма может быть 0 добавить 0 будет 0,

0 добавить 1 будет 1, а 1 добавить 1 будет 2.

Нужно два провода на выходе, потому что для
представления суммы может потребоваться две двоичные
цифры.

Когда вы простой сумматор для сложения двух битов
информации,

можно соединить несколько экземпляров этих сумматоров
вместе для добавления больших чисел.

Например, вот 8-битный сумматор добавляет число 25
и 50.

Каждое число представлено 8 битами, образуя 16
различных электрических сигналов на входе схемы.

Схема 8-битного сумматора состоит из нескольких
меньших сумматоров, которые вместе вычисляют
сумму.

Различные электрические схемы могут выполнять другие
простые вычисления: вычитание или умножение.

Собственно, вся обработка информации, которую
выполняет компьютер,

сводится к сочетанию множества простых операций.

Каждая отдельная действие, которое выполняется
компьютером, очень простая, даже для человека,

но схемы внутри компьютера несравненно быстрее.

Когда-то раньше схемы были большие и громоздкие,

8-битный сумматор мог быть размером с холодильник,
и простое вычисление длилось минутами.

Сегодня же компьютерные схемы - микроскопические,
и много-значительно быстрее.

Как же меньше компьютеры являются более быстрыми?

Чем меньше схема, тем меньшее расстояние вынужден
преодолевать электрический сигнал.

Электрический сигнал движется почти на скорости
света, поэтому современные схемы могут выполнять
миллиарды вычислений в секунду.

Поэтому когда вы играете в игру, записываете видео
или исследуете космос,

все, что бы вы ни делали с помощью технологий,
требует чрезвычайно быстрой обработки огромного
количества информации.

По этой сложностью стоят много маленьких 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?