روز آفتابی و لامپ روشن
سلام. در این مطلب، قصد داریم در مورد ساختار کامپیوتر بحث کنیم. البته بیشترین چیزی که توی این مطلب بهش پرداخته میشه، دروازه های منطقی هستند و این که چطور میتونیم اون ها رو بسازیم.
بسیار خوب، عنوان مطلب به قدر کافی گویا هست که قراره چی رو به چی ربط بدیم، ولی بیاید این مثال رو در نظر بگیریم :
یک اتاق داریم که پنجره های زیادی داره و موقعیتش طوریه که در طول روز، بسیار نورگیره. واردش میشیم و می بینیم که یه لامپ روشنه. بعد دنبال کلید میگردیم. می بینیم که دو تا کلید کنار در هست، که هردو در وضعیت خاموش قرار داره. اولین احتمالی که پیش خودمون در نظر میگیریم، اینه که برقکار محترم کلید رو برعکس بسته. خب میگیم ایرادی نداره. یکی رو میزنیم، چراغ خاموش نمیشه. برش میگردونیم به حالت اول و اون یکی رو میزنیم. بازم چراغ خاموش نمیشه. یهو کنجکاو میشیم که هر دو کلید رو با هم در حالت روشن قرار بدیم، اون موقعه که می بینیم چی شد؟ چراغ خاموش شد!
حالا چه چیزی باعث شد که چراغ ما خاموش بشه؟ اینجاست که به جادوی ترانزیستورها باید ایمان بیاریم. در واقع دو کلید ما به یک مدار به این شکل وصل هستند :
این مدار، یک مدار یا بهتر بگم دروازه منطقیه که بهش NAND میگن. این مدار رو ما توی اون کلید قرار دادیم، و جدول درستیش به این شکله که هر وقت هر دو ورودی صحیح باشن، خروجی غلط میشه. حالا برای نمایش دادن بهتر این گیت، از این نماد استفاده میشه :
خب، سایر گیت ها (که با نماد های دیگه ای نشون داده میشن) رو میتونیم از این گیت بسازیم. اما چیزی که هست اینه که این گیت، چیزیه که کامپیوتر رو میسازه. در واقع در عمده IC هایی که خریداری میکنیم تعداد زیادی گیت NAND قرار داره که با وصل کردنش به هم، میتونیم گیت های دیگه ای رو هم بسازیم.
خب، حالا فرض کنیم که به جای دو تا ورودی، یه ورودی دادیم به گیت NAND . یعنی از یک کلید، دو سیم به هر دو ورودی گیت وصل کردیم، به این شکل :
حالا، اگر این کلید رو بزنیم، خروجی غلط و اگر خاموشش کنیم خروجی درست میشه. این ترکیب رو «نقض کننده» یا NOT هم بهش میگیم. در واقع گیت NOT که یک گیت با یک ورودی هست رو میتونیم به این شکل بسازیم.
الان میدونیم که یک NOT یا نقیض وجود داره. حالا میتونیم به جای اون ورودی، یک NAND با دو ورودی قرار بدیم که به این شکل در بیاد :
خب این مدار، یکم پیچیده شد. ولی دقت کنید که داره نقیض نتیجه NAND رو به ما میده. یعنی چی؟ یعنی در صورتی خروجی درست میشه که هر دو ورودی درست باشن. این منطق و این مدار هم که AND هست، و اگر جبر بول رو کمی بدونید میدونید که از بیسیک ترین دستورات جبر بول هست.
حالا، یه مدل دیگه این گیت ها رو پیش هم میچینیم. چطوری؟ این بار به جای نقض کردن نتیجه، نقیض ورودی ها رو به عنوان ورودی میدیم به یک گیت NAND . در واقع به این شکل :
حالا نتیجه به این شکل هست که «درصورتی که حداقل یکی از ورودی ها درست باشه، نتیجه درست میشه». و این منطق، منطق OR هست. در واقع گیت OR رو هم با NAND پیاده سازی کردیم.
یک مدار دیگه هم میمونه که نوع خیلی خاصی از OR هست. در واقع به این شکله :
توی این گیت جدید، ما در واقع وقتی به نتیجه درست میرسیم، که تعداد «فرد» از ورودی ها (در اینجا یک، چون دو تا ورودی بیشتر نداریم) درست باشن. این منطق و این گیت رو «یای انحصاری» یا XOR میگن. اگر یک IC داشته باشیم که ۵ تا گیت NAND داخلش باشه، میتونیم ازش یک XOR بسازیم.
همه ما میدونیم که این گیت ها خودشون نماد انحصاری دارن و وقتی قراره چیزی با استفاده ازشون طراحی کنیم، بهتره (و باید!) از نمادهای خودشون استفاده کنیم، ولی یکی از دلایلی که این مطلب رو نوشتم این بود که میخواستم شما رو با ساختار درونی گیت ها آشنا کنم، همچنین میخواستم بررسی کنم که با استفاده از IC هایی که گیت NAND داخلشون هست، چطور میشه به سایر گیت ها رسید.
سال نو مبارک، موفق باشید 🙂
