цифровая схемотехника в азах

Как известно, 21-й век является веком цифровой техники. Компьютеры, мобильные телефоны, высококачественное телевидение, точная система навигации и прочая современная техника - все это не может существовать без использования принципиально новых технологий. Что же такое цифровая техника? Так ли она сложна и непонятна, как кажется на первый взгляд?

Еще со школьного курса математики известно, что все без исключения утверждения делятся на две категории: истинные и ложные. Эти "истина и ложь" изначально и заложены в фундамент цифровых технологий.

Математики научились оперировать этими утверждениями: например, "ложь"+"ложь"="ложь", "истина"*"ложь"="ложь" и так далее. Получилось что-то похожее на операции с положительными и отрицательными числами. Стали математические понятия "истина" и "ложь" по мере необходимости применять и по отношению к фактам, событиям, процессам. Со временем из этого образовалась новая наука - логика. Когда специалисты вплотную подошли к созданию простых схем с логическими утверждениями, то для удобства заменили термин "истина" на "1", а "ложь" на "0". Так появились термины "логическая единица" и "логический ноль". В применении к практическим схемам они стали означать наличие чего-либо или отсутствие. В электротехнических устройствах этим "что-либо" стало напряжение.

Когда говорят, что на входе или выходе какого-нибудь устройства присутствует логическая единица, то подразумевают, что там есть напряжение заданного уровня. Если этого напряжения нет, то там логический ноль. Это стало широко использоваться в системах автоматики. Например, если в конкретную точку электрической цепи пришла логическая единица, то в схеме сработает реле. Это реле включит поворотный механизм какого-либо устройства. В определенный момент придет логический ноль, и все остановится.

Чуть позже появилась необходимость внедрить "логику" в микроэлектронику: счетные машины, вычислительные станции, калькуляторы и т.д. Но как? Цифр ведь 10. Как их различать машинам? Использовать 10 уровней напряжений? Не годится, так как одна несущественная нестабильность уровня какой-либо цифры сведет все к системному сбою. В конце концов все ведущие специалисты мира пришли к выводу, что надо менять систему исчисления. При выборе системы остановились на двоичной, так как в ней можно оперировать все теми же единичками и ноликами. Так же, как и в десятичной системе, в двоичной можно числа слагать, вычитать, умножать, делить и т.д.

Не вдаваясь в подробные разъяснения, как двоичная система построена, можно сказать, что каждое десятичное число имеет свой постоянный двоичный код. Например, число 9 в двоичной системе выглядит как 1001. Это нельзя читать как "тысяча один". Читается оно "один, ноль, ноль, один". А практически означает следующее: если на рабочей плате какого-нибудь электронного устройства есть микросхема, на которой должна быть записана цифра 9, то обычным вольтметром можно определить, есть ли она там. На одной ножке напряжение есть (там, где "1"), на двух других, расположенных далее, нет (там, где "0"), на следующей тоже есть (там, где "1") - это значит, что девятка записана. На других аналогичных микросхемах записаны другие цифры. В специальных устройствах все эти комбинации из единичек и ноликов со всех микросхем подвергаются различным операциям. В зависимости от того, что желает оператор, эти все числа складываются, вычитаются, умножаются и т.д.

Позже люди научились с помощью таких же комбинаций из ноликов и единичек преобразовывать телевизионные сигналы, радиосигналы, сигналы управления и передавать их с очень высоким качеством. Преобразованные таким образом сигналы называют цифровыми сигналами, а их передачу - цифровою передачею. Техника, которая позволяет совершать такие преобразования, называется цифровой техникой - это кодеры, декодеры, шифраторы, триггер и счетчики, дешифраторы, компьютеры, тюнеры, ресиверы, модемы, сканеры и т.д. Все это объединяется в одну огромную систему - цифровые технологии.

Так что ничего сложного в современных технологиях нет, и при желании всегда можно разобраться.