Основы цифровой электроники. Введение

15.05.2013 10:54

 

Цифры, цифры, цифры... нашу жизнь уже нельзя представить без цифр. Цены на продукты и бензин, температура воздуха на улице, номер в мобильном телефоне, время, и тд и тп. Везде уже абсолютно используются цифры. Мы к ним уже так привыкли, что даже и не замечаем их присутствия в нашем бесшабашном мире. В настоящее время мы используем арабские цифры

Но почему цифр именно десять?  Связано это с тем, что у человека 10 пальцев на руках. В стародавние времена на вопрос:"Сколько врагов ты замочил?" человек просто показывал свои пальцы. Один враг - один палец и тд, но как показать одиннадцать врагов? Можно показать сразу десять пальчиков, потом убрать их и показать один пальчик :-) Так родилась десятичная система счисления.  Конечно, чуточку не верно. По идее десятый палец мы должны обозначать также одним знаком, но человечество решило ввести знак "ноль", и поэтому число "десять" мы записываем двумя знаками - единичкой и нулем.

 

Давайте представим, что наш вояка одел теплые варежки из кожи мамонта. В одной руке он тащит корзиночку с ягодками и съедобными корешками, а другая рука у него свободна. Издалека он может похвастаться своему корешу лишь об одном убитом враге. Рука вверх " Да! Я его сделал!" и рука вниз " Нет, я его не замочил, он убежал от меня". Давайте жест "рука вниз" заменим числом "ноль", а жест "рука вверх" - "единичкой".  0 - враг убежал, 1 - враг замочен. Удобно, не правда ли? Это называется двоичной системой счисления, так как мы используем только два знака: 1 и 0. Мы даже не задумываемся об этой системе, но она работает во благо человечества : да или нет, лайк или дислайк, черное или белое, мужчина или женщина, истина или ложь. Все эти значения можно описать как раз двумя знаками: ЕДИНИЦЕЙ И НУЛЕМ. В электронике часто можно услышать такие понятия, как единица - это истина, ноль - это ложь.

 

Если вы заметили, на различных выключателях также присутствует двоичная система, 1 - это включено, 0 - выключено. Посмотрите на фото, видите единичку и ноль? Сейчас у меня этот тумблер поставлен на 1. Это значит, что аппаратура, в данном случае системник, включен.

 

Для того, чтобы сэкономить место и для удобства, сейчас все это делается с помощью одной кнопки.  На такой кнопке единичка и нолик объединены. Это означает, что при одном нажатии  кнопки у нас аппаратура включается, а при  последующем нажатии - выключается, потом снова при последующем нажатии включается и так далее. Думаю теперь Вам понятно, что за интересный иероглиф на кнопке выключения и включения?  ;-)

 

 

Итак, мы поняли, что с помощью единички и нолика можно задать только два условия:  да или нет.

 Давайте предположим, что Вас позвал на пати друг.  Он Вас спрашивает: "Сегодня идем  бухать в бар или ко мне домой, и что будем пить, водку или пивас? Сколько вариантов проведения вечера? Хм, давайте посчитаем.

1) Сидим в баре, пьем пиво 

2) Сидим в баре, пьем водку

3) Сидим дома, пьем пиво

4) Сидим дома, пьем водку

Давайте сразу договоримся, бар - это 1, дом - 0, пиво - 1, водка - 0.

1) Сидим в баре, пьем пиво    ( 11 )

2) Сидим в баре, пьем водку  ( 10 )

3) Сидим дома, пьем пиво      ( 01 )

4) Сидим дома, пьем водку    ( 00 )

Итого, 4 варианта. Но вдруг нежданчик :-). Вован хочет идти с Вами. Берем Вована - это 1, шлём Вована на три буквы - это 0. Ну что, сколько вариантов насчитали? Я могу сходу ответить: будет 8 вариантов. Считаем:

1) Сидим в баре, пьем пиво без Вована      ( 110 )

2) Сидим в баре, пьем водку без Вована    ( 100 )

3) Сидим дома, пьем пиво без Вована        ( 010 )

4) Сидим дома, пьем водку без Вована      ( 000 )

5) Сидим в баре, пьем пиво с Вованом       ( 111 )

6) Сидим в баре, пьем водку с Вованом      ( 101 )

7) Сидим дома, пьем пиво с Вованом          ( 011 )

8) Сидим дома, пьем водку с Вованом        ( 001 )

 

 

Ладно все гуд. Вы заходите в инет, и видите, что вечером в одно и то же время играют ваши любимые хоккейная и футбольная команды.  Вы же будете смотреть игру или хоккея или футбола от начала до конца, так ведь? Итак, хоккей отметим как 1, футбол - 0. Слабо посчитать все возможные варианты? На это раз будет 16 вариантов. Читать их необязательно, я просто приведу их для наглядности:

1) Сидим в баре, пьем пиво без Вована, смотрим хоккей           ( 1101 )

2) Сидим в баре, пьем водку без Вована, смотрим хоккей          ( 1001 )

3) Сидим дома, пьем пиво без Вована, смотрим хоккей              ( 0101 )

4) Сидим дома, пьем водку без Вована, смотрим хоккей             ( 0001 )

5) Сидим в баре, пьем пиво с Вованом, смотрим хоккей              ( 1111 )

6) Сидим в баре, пьем водку с Вованом, смотрим хоккей            ( 1011 )

7) Сидим дома, пьем пиво с Вованом, смотрим хоккей                ( 0111 )

8) Сидим дома, пьем водку с Вованом, смотрим хоккей               ( 0011 )

9) Сидим в баре, пьем пиво без Вована,  смотрим футбол          ( 1100 )

10) Сидим в баре, пьем водку без Вована, смотрим футбол        ( 1000 )

11) Сидим дома, пьем пиво без Вована, смотрим футбол            ( 0100 )

12) Сидим дома, пьем водку без Вована, смотрим футбол          ( 0000 )

13) Сидим в баре, пьем пиво с Вованом, смотрим футбол           ( 1110 )

14) Сидим в баре, пьем водку с Вованом, смотрим футбол          ( 1010 )

15) Сидим дома, пьем пиво с Вованом, смотрим футболл            ( 0110 )

16) Сидим дома, пьем водку с Вованом, смотрим футбол            ( 0010 )


Таким образом можно описать любую ситуацию с помощью единиц и нулей. В электронике же все намного проще. Есть сигнал - это единичка, сигнала нет - это нолик.   Один символ в двоичной системе называется битом. Например, в примере сидим в баре пьем пиво без Вована  ( 110 ) младший бит равен 0, а самый старший (который левее всех) равен единичке.  Каждая цифра в двоичном числе называется бит (или разряд). Четыре бита – это полубайт (или тетрада), 8 бит – байт, 16 бит – слово, 32 бита – двойное слово.

 

Продолжение здесь