Logické obvody

Jedna z nejúžasnějších věcí co jsem zjistila o obvodech je, že mohou být formou umění. Pokud mám nějaký kreativní nápad, mohu ten nápad zrealizovat pomocí obvodů. Takže pokud máte nápady, můžete využít technologie, abyste tyto nápady přivedly k životu. Každý vstup nebo výstup z počítače je ve skutečnosti typ informace, která může být reprezentována jako signál ZAPNUTO nebo VYPNUTO. Nebo jedničky a nuly. Aby počítač zpracoval informace, které přijímá jako vstup a vytvořil informaci, která je výstupem, potřebuje počítač upravit a zkombinovat vstupní signály. Aby toho dosáhl, používá miliony malých elektronických součástek, které tvoří obvody. Podívejme se blíže na to, jak mohou obvody upravovat a zpracovávat informace, které jsou reprezentovány jako 1 a 0. Toto je velmi jednoduchý obvod. Vezme elektrický signál, ZAPNUTO nebo VYPNUTO a přepne ho. Tedy, když mu dáte signál 1, obvod vám vrátí 0. Když tomu obvodu dáte 0, vrátí vám 1. Signál, který vstupuje dovnitř, není stejný jako signál na výstupu. Proto říkáme tomuto obvodu NOT (invertor). Komplikovanější obvody mohou přijímat více vstupů a zkombinovat je a dát vám jiný výsledek. V tomto případě obvod přijímá dva signály. Každý z nich může být 1 nebo 0. Pokud je libovolný ze vstupů 0, pak je výstup také 0. Tento obvod vám dá 1, pouze pokud jsou oba vstupy 1. Proto nazýváme tento obvod AND (konjunkce). Existuje mnoho podobných malých obvodů, které provádí jednoduché logické operace. Ale spojováním těchto obvodů můžeme vytvořit složitější obvody, které dokáží provádět složitější výpočty. Například můžete vytvořit obvod, který sečte dva bity. Tomu se říká sčítačka. Tento obvod vezme dva jednotlivé bity, každý může být 1 nebo 0, a sečte je, aby spočetl jejich součet. Součet může být 0 plus 0 se rovná 0, 0 plus 1 rovná se 1 nebo 1 plus 1 rovná se 2. Potřebujete dva dráty na výstupu, protože výsledek může být reprezentován až dvěma číslicemi. Když máte binární sčítačku pro sčítání dvou bitů informace, můžete poskládat více těchto sčítaček a složit je tak, abyste mohli sčítat mnohem větší čísla. Například zde je, jak osmi bitová sčítačka sečte čísla 25 a 50. Každé číslo je reprezentováno osmi bity, což nám dává 16 různých signálů, které vstupují do obovdu. Obvod pro osmi bitovou sčítačku obsahuje mnoho malých sčítaček, které společně spočítají součet. Jiné elektrické obvody mohou provádět další jednoduché operace, jako odčítání či násobení. Ve skutečnosti vše, co váš počítač dělá, je jen mnoho a mnoho malých, jednoduchých operací dohromady. Každá jednotlivá operace v počítači je tak jednoduchá, že by mohla být provedena člověkem. Ale tyto obvody v počítači jsou mnohem, mnohem rychlejší. V minulosti byly tyto obvody velké a neohrabané. Osmi bitová sčítačka mohla být velká jako lednice a trvalo by celé minuty, než by spočítala jednoduchý výpočet. Dnes jsou počítačové obvody mikroskopické a mnohonásobně rychlejší. Proč jsou menší počítače také rychlejší? Protože čím menší obvod je, tím menší vzdálenost musí signál urazit. Elektřina se pohybuje rychlostí světla, díky čemuž mohou moderní obvody provádět miliardy operací za sekundu. Takže ať už hrajete hru, natáčíte video nebo prozkoumáváte vesmír, všechno, co děláte s technologií, potřebuje mnoho informací zpracovaných velmi rychle. Uvnitř této složitosti je však pouze mnoho malých obvodů, které z elektrických signálů vytvoří web, video, hudbu či hry. Tyto obvody nám dokonce mohou pomoci rozluštit DNA pro diagnostiku a léčbu chorob. Co byste vy chtěli dělat s těmito obvody?