Схеми и логика

Как работят компютрите Схеми и логика [Ламор] Едно от най-яките неща, които открих при схемите е, че те могат да бъдат произведение на изкуството. Ако имам креативна идея, мога да я реализирам чрез схема. Така че ако имаш идея, можеш да я осъществиш с помощта на технологиите. Входящите и изходните данни на един компютър са вид информация, която може да бъде представена чрез "включен" или "изключен" сигнал, или единици и нули. За да се обработи информацията, която влиза като входни данни, и за да се изготви информацията на изхода, компютърът трябва да промени и да обедини входящите сигнали. За целта компютърът използва милиони миниатюрни електронни компоненти, които заедно съставят схемите. [Нат] Нека надникнем по-отблизо как схемите модифицират и обработват информация, представена с единици и нули. Това е изключително проста схема. Приема електронен сигнал – "включено" или "изключено", и го обръща. Така че ако подадеш 1, схемата ти връща 0. И ако подадеш 0, ти връща 1. Сигналът, който влиза *не* е същият като този, който излиза, така че наричаме схемата "not" – "не". [Ламор] По-сложни схеми могат да приемат множество сигнали, да ги комбинират и да изведат различен резултат. В този пример схемата приема два електрически сигнала. Всеки от тях може да е 1 или 0. Ако поне един от тях е 0, тогава резултатът също е 0. Тази схема ще изведе 1 само ако първият сигнал *и* вторият сигнал са единици, така че наричаме тази схема "and" – "и". Съществуват много подобни малки схеми, които изпълняват прости логически изчисления. Като ги свържем, можем да получим по-сложни схеми. които могат да изпълняват по-сложни изчисления. Например можеш да направиш схема, която събира два бита, наречена "събирач". Тази схема приема два отделни бита – едно или нула, и ги събира, за да изчисли сбора им. Сборът може да е 0 + 0 = 00 (нула), 0 + 1 = 01 (едно), или 1 + 1 = 10 (две). Трябва да изведеш две жички, защото резултатът може да използва две двоични цифри, за да представи сбора. Щом построиш един събирач, с който да събереш два бита информация, след това може да поставиш няколко такива събирача един до друг, за да можеш да събираш много по-големи числа. [Нат] Например ето как 8-битов събирач събира числата 25 и 50. Всяко число се представя чрез 8 бита, което води до 16 различни електрически сигнала, които влизат в схемата. Схемата за 8-битов събирач съдържа множество малки събирачи в себе си, които заедно изчисляват сбора. Различните електрически схеми могат да изпълняват други прости операции, като изваждане и умножение. Всъщност обратката на информация, с която се занимава твоят компютър, представлява множество от малки прости операции, групирани заедно. Всяка отделна операция, изпълнена от компютър е толкова проста, че може да бъде изпълнена от човек, но схемите вътре в компютъра са много по-бързи. [Ламор] В миналото тези схеми били огромни и неудобни. И един 8-битов събирач можело да е голям, колкото хладилник, и би му отнело минути, за да извърши просто изчисление. Днес компютърните схеми са микроскопични и страшно по-бързи. Защо по-малките компютри са и по-бързи? [Нат] Защото колкото по-малка е схемата, толкова по-малко разстояние трябва да измине сигналът. Електричеството се движи почти със скоростта на светлината, и затова съвременните схеми могат да изпълнят милиарди изчисления в секунда. [Ламор] Така че независимо дали играеш игра, записваш видео, или изследваш космоса, всичко, което можеш да направиш с технологиите, изисква светкавичната обработка на информация. Под цялата тази сложност стоят просто множество малки схеми, които превръщат двоични сигнали в уеб сайтове, видео, музика и игри. Тези схеми дори могат да ни помогнат да декодираме ДНК, за да диагностицираме и лекуваме болести. А ти какво искаш да направиш с тези схеми?