03 Circuits v6

สิ่งที่เจ๋งที่สุดที่ฉันค้นพบเกี่ยวกับวงจรไฟฟ้าคือ

วงจรไฟฟ้าเหมือนเป็นรูปแบบหนึ่งของศิลปะ ถ้าฉันมีความคิดสร้างสรรค์
ฉันสามารถจะแสดงความคิดสร้างสรรค์ออกมาด้วยวงจรไฟฟ้า

ดังนั้น ถ้าคุณมีไอเดียบางอย่าง คุณสามารถใช้เทคโนโลยีทำให้ไอเดียเหล่านั้นเป็นจริง

ในความเป็นจริงแล้วข้อมูลทั้งหมดที่ใส่เข้าไป หรือนำออกมาจากคอมพิวเตอร์เป็นข้อมูลประเภทหนึ่ง

ที่สามารถแทนค่าด้วยสัญญาณไฟฟ้าเปิดหรือปิด

หรือ 1 และ 0

เพื่อประมวลผลข้อมูลที่เข้ามา
และทำให้ข้อมูลเป็นผลลัพท์แสดงออกไป

คอมพิวเตอร์ต้องปรับแต่งและรวมสัญญาณที่เข้ามา

คอมพิวเตอร์ทำสิ่งเหล่านี้ได้ โดยใช้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์
ขนาดเล็กๆ เป็นล้านๆ ส่วน มาประกอบกันเป็นวงจรไฟฟ้า

ลองเข้าไปดูใกล้ๆ ว่าวงจรไฟฟ้าเหล่านี้สามารถปรับแต่งและประมวลข้อมูล
ที่ถูกแทนค่าแล้วด้วยเลข 1 และ 0

มันเป็นวงจรที่ง่ายอย่างไม่น่าเชื่อ

มันรับสัญญาณไฟฟ้า เปิด หรือ ปิด เข้าไป แล้วก็ทำให้ค่าเป็นตรงข้าม

ดังนั้นถ้าคุณให้สัญญาณ 1 เข้าไป, วงจรจะให้ 0 กลับมา

และถ้าคุณให้สัญญาณ 0 เข้าไปในวงจร, มันจะให้ 1 ออกมา

สัญญาณที่เข้าไป "ไม่" เหมือนสัญญาณที่ออกมา เราเรียกมันว่า วงจร "ไม่" (NOT)

วงจรที่ซับซ้อนขึ้นอีก สามารถที่จะรับสัญญาณหลายๆ สัญญาณ
แล้วรวมมันเข้าด้วยกัน แล้วให้ผลลัพท์ที่ต่างออกไป

ในตัวอย่างนี้ วงจรจะรับสัญญาณไฟฟ้าเข้าไป 2 อัน
และแต่ละอัน อาจจะเป็น 1 หรือ 0

หากสัญญาณอันใดอันนึงที่เข้ามาเป็น 0
สัญญาณที่ออกมาจะเป็น 0

วงจรนี้จะให้ผลลัพท์เป็น 1 ก็ต่อเมื่อ..

สัญญาณแรก "และ" สัญญาณที่สองเป็น 1 ทั้งคู่,
เราเลยเรียกว่า วงจร "และ" (AND)

มันมีวงจรเล็กๆแบบนี้มากมายที่ทำหน้าที่คำนวณทางตรรกะอย่างง่าย

ด้วยการเชื่อมโยงวงจรเหล่านี้เข้าด้วยกัน เราจะได้วงจรที่ซับซ้อนขึ้น
และสามารถทำการคำนวณที่ซับซ้อนขึ้น

ยกตัวอย่างเช่น คุณสามารถทำวงจรที่บวก 2 บิท เข้าด้วยกัน
เรียกมันว่า ตัวบวก (adder)

วงจรนี้รับ 2 ค่าของบิทเข้าไป แต่ละอันอาจจะเป็น 0 หรือ 1 ก็ได้
แล้วบวกมันเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ผลรวม

ผลรวมสามารถเป็นไปได้ทั้ง 0 บวก 0 ได้เท่ากับ 0

0 บวก 1 ได้เท่ากับ 1
หรือ 1 บวก 1 ได้เท่ากับ 2

คุณต้องการสายไฟ 2 เส้นเพื่อแสดง 2 หลัก (2 บิท) ที่เป็นผลรวม

เมื่อคุณมีตัวบวกสำหรับหาผลรวมข้อมูล 2 บิท

คุณก็สามารถเอาวงจรตัวบวกหลายๆตัวต่อเข้าด้วยกัน
เพื่อไว้หาผลรวมของเลขที่มากกว่านี้

ยกตัวอย่างเช่น นี่คือ การทำงานของ ตัวบวก 8 บิท ในการ บวกเลข 25 และ 50

ตัวเลขแต่ละตัวถูกแทนค่าด้วย ตัวเลข 8 บิท
ซึ่งทำให้มี สัญญาณไฟฟ้า 16 บิท (16 เส้น) ที่วิ่งเข้าไปในวงจร

วงจรตัวบวก 8 บิท มีวงจรบวกเล็กๆ ข้างในที่ทำงานร่วมกันเพื่อหาผลรวม

ยังมีวงจรอื่นๆ ที่ทำหน้าที่แตกต่างกันออกไป
สามารถทำหน้าที่ในการคำนวณพื้นฐานอื่นๆ เช่นการลบ หรือการคูณ

จริงๆแล้ว ตัวประมวลผลทั้งหลายในคอมพิวเตอร์ของคุณ
แค่ประกอบขึ้นจากการทำงานง่ายๆ เล็กๆ แบบนี้จำนวนมาก มาทำงานร่วมกัน

การทำงานแต่ละอย่างที่คอมพิวเตอร์ทำได้นะ
มันง่ายมากๆ ที่มนุษย์ก็สามารถทำได้

แต่วงจรที่อยู่ในคอมพิวเตอร์พวกนี้ทำงานได้เร็วกว่ามากๆ

สมัยก่อน วงจรเหล่านี้มันใหญ่เทอะทะและทำงานช้าอืดอาดมาก

และตัวบวก 8 บิท อาจจะใหญ่เท่าๆ กับตู้เย็นและมันอาจจะใช้เวลาหลายนาที สำหรับการคำนวณอย่างง่าย

ทุกวันนี้ วงจรคอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กมากแบบต้องส่องกล้องจุลทรรศน์ดู และทำงานเร็วกว่ามากๆ

ทำไมคอมพิวเตอร์ที่เล็กลงกลับทำงานเร็วขึ้น

นั่นก็เพราะว่าวงจรที่เล็กลงนั้นทำให้ระยะทางในการส่งสัญญาณนั้นสั้นลง

สัญญาณไฟฟ้าเคลื่อนที่ได้ไวพอๆ กับความเร็วของแสง นั่นจึงเป็นเหตุผลที่วงจรสมัยใหม่สามารถทำการคำนวณพันๆล้านครั้งใน 1 วินาที

นั่นทำให้ไม่ว่าคุณจะเล่นเกม, อัดวิดีโอ, หรือ สำรวจจักรวาล

ทุกๆ อย่าง คุณสามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยี
ที่สามารถประมวลผลข้อมูลจำนวนมากได้อย่างรวดเร็ว

ภายใต้การคำนวณที่ซับซ้อนเหล่านี้
ก็แค่วงจรเล็กๆๆๆ จำนวนมากที่แปลงสัญญาณไฟฟ้า

ให้เป็นเว็บไซต์, วิดีโอ, เพลง, และเกม

วงจรพวกนี้ยังช่วยให้เราถอดรหัสพันธุกรรม (DNA) เพื่อวินิจฉัยและรักษาโรค

แล้วคุณหล่ะ อยากจะทำอะไรกับพวกวงจรเหล่านี้