Добрый день, мои юные друзья по сайту «Радиосхемы». Сегодня мы начнём уроки по осваиванию работы обычных микросхем. Цифровая микросхема – это миниатюрный электронный прибор, содержащий в себе кристалл кремния, в котором особым способом введены примеси, в результате которых участки этого кристалла приобретают функции полупроводниковых и других радиоэлементов. Общее число этих элементов может варьироваться от десятков до миллиардов штук. Но сначала давайте подумаем – а зачем они нам? И правда, зачем?
Какое самое ленивое существо на земле? Человек. Не верите – докажу! С глубокой древности люди занимаются математикой – Древний Рим, Греция, и т.д и т.п. А вы никогда не задумывались – а зачем человеку математика? Всё потому, что он стремиться упростить работу – к примеру: периметр квадрата исчисляется как квадрат любой стороны. А зачем нам нужен этот квадрат любой стороны, если мы можем просто расчертить фигуру вертикальными и горизонтальными полосами – посчитать – и готово! Но это долго, не правда ли? А потом, когда прошло очень много лет, был создан компьютер. И до его создания люди пытались облегчить себе жизнь с помощью механических устройств. Но компьютер, конечно, венец лени.
Даже после его создания люди пытались облегчить его изготовление – ведь он изготавливался вручную и был с комнату… Что-то я увлёкся 🙂 Давайте разберёмся, как-же может думать эта машина? Сколько вы знаете цифр? Не можете сосчитать? И я не могу. Зато знаю, сколько цифр знает машинный интеллект – она знает две цифры: 0 и 1. И благодаря этим двум цифрам, глупая машина может обрабатывать любую информацию!
У вас сразу возникла куча вопросов, но отвечу пока на один – как могут «течь» цифры по проводам? А вот так: на самом деле, эти две цифры ни есть числа – это уровень напряжения – 0 – это 0v, а 1 – больше 0v. Примерно так выглядит число в компьютере:
Пунктиром обозначен т.н. порог срабатывания. Порог срабатывания – это минимальное значение напряжения, превышение которого логический элемент воспринимает за единицу. 1 и 0 – их обозначают ещё как:
- Высокий (1) и низкий (0) логические уровни;
- Да (1) и нет (0);
- Правда и неправда – и т. д.
Саму же систему счисления называют двоичной и обозначают как BIN (от англ. Binary – двоичный). 1 и 0 – это, к примеру, включение и выключение лампочки. Надеюсь, это понятно. Да, а что такое логический элемент?
Логический элемент – устройства, предназначенные для обработки информации в цифровой форме – последовательности сигналов высокого — «1» и низкого — «0» уровней в двоичной логике. Это те крупицы, из которых состоят все «искусственные интеллекты».
У каждой группы элементов есть свои функции, и их огромное множество. На наших уроках мы будем изучать наиболее распространённые – их восемь. Все они выпускаются в виде микросхем с несколькими элементами. Но для того, чтобы разобраться в их устройстве, нам необходимо научиться переводить цифры из десятеричной системы счисления в двоичную и наоборот. Это самый необходимый минимум для «цифровика». Вы спросите – зачем нам это. В скором времени вы поймёте.
Итак, давайте попробуем перевести число из десятеричной (DEC) в двоичную (BIN) систему исчисления. Возьмём к примеру число 168. Чтобы перевести любое число из DEC в BIN, нам необходимо это число просто делить на 2, и результат тоже делить на 2 и при этом – записывать 0 если нет остатка и 1 если остаток есть. Попробуем: 168/2=84 (пишем 0), 84/2=42 (пишем 0), 42/2=21 (пишем 0), 21/2=10,5 (пишем 1), 10/2=5 (пишем 0), 5/2=2,5 (пишем 1), 2/2=1 (пишем 0), 1/2=0,5 (пишем 1). Закончили – теперь число (00010101) записываем в обратном порядке – 10101000. Всё.
Чтобы перевести из BIN в DEC, надо сделать нехитрые манипуляции. Вы поймёте их далее. Возьмём предыдущее число – 10101000. Перепишите его – теперь пронумеруйте каждую цифру с права на лево (!). Начинать считать нужно не с единицы, а с нуля – не путайте! В числе семь цифр – пронумеровали? Тогда начнём – чтобы перевести число, надо каждую цифру с лево на право умножить на два в степени в виде порядкового номера числа (так проще), а потом получившиеся числа сложить – думаю, на примере будет понятно (^ – знак возведения в степень):
1*2^7+0*2^6+1*2^5+0*2^4+1*2^3+0*2^2+0*2^1+0*2^0=
1*128+0*64+1*32+0*16+1*8+0*4+0*2+0*1=128+32+8=168 – вот и всё.
Если вам не понятно (а оно может так быть) – перечитайте ещё раз, и вы обязательно поймёте!
На следующих уроках мы будем изучать логические элементы, их функции и назначения. В статье будут даны схемы для более лучшего изучения материала – если хотите лучше усвоить работу интегральных микросхем, можете их сделать. С вами был Antracen. Удачи!
