От древних двоичных до кремниевых чипов: логика через историю
Цифровая логика, как мы ее знаем сегодня, требует сотрудничества от тысяч людей в течение тысяч лет.
Прежде чем электронные устройства были созданы, математики и философы неосознанно создали язык двоичного кода и заложили основу для современных вычислительных устройств. Позднее эти концепции были применены к аналогичным системам связи, таким как Morse Code и двоичный код, с которыми мы знакомы сегодня. Математики, такие как Джордж Бул и Чарльз Бэббидж, применили эти концепции к механическим устройствам, чтобы их автоматизировать. В то время как вычисления имеют богатую историю, логические ворота, которые позволяют компьютерам работать, становятся меньше внимания.
Древняя логика и двоичная
В X веке в древнем Китае ученый по имени Шао Юн перегруппировал гексаграммы от И Цзин в формат, похожий на двоичный. Некоторые ученые даже предполагают, что я Цзин был вдохновением Готфрида Лейбница для двоичного кода.
Системы древних чисел по сравнению с бинарником Лейбница, созданные CounterComplex
В Древней Греции были также таблицы истинности с ДА и НЕТ, функционирующие как ВКЛ и ВЫКЛ в случае транзисторов. Лейбниц, скорее всего, нашел вдохновение у греческих математиков, потому что их работы были наиболее доступными для ученых в Европе в XVII и XVIII веках.
Был также небольшой отдаленный полинезийский остров Мангарева, который использовал двоичную систему цифр, чтобы помочь с умственной арифметикой. Многие древние цивилизации имели числовые системы с похожими на двоичные, как мы это знаем сегодня. Будь Лейбниц вдохновлен одной из этих других древних систем, останется одной из загадок истории. Изучение древней математики и бинарного языка очень интересно, но оно также помогает умерить свои ожидания и быть готовым к вводящим в заблуждение заголовкам и названиям.
От механической до цифровой логики
Хотя Готфриду Вильгельму Лейбнице приписывают изобретение двоичных данных, как мы его знаем сегодня, первые логические устройства были созданы Чарльзом Бэббиджем. Его первый Difference Engine был механическим калькулятором, предназначенным для табулирования полиномиальных уравнений и печати результатов на рулоне бумаги.
В конструкции Бэббиджа механические механизмы служили функцией логических ворот. Он разработал второй двигатель разницы, также называемый аналитическим движком, но никогда не мог получить финансирование для его создания. Его конструкции были позже замечены в 1980-х годах, и полностью функциональная модель была наконец создана в соответствии с его спецификациями.
Первыми общими логическими вентилями были электромагнитные реле, которые были в основном переключателями ON-OFF. Электромеханическое реле было изобретено Джозефом Генри в 1835 году, но блеск его изобретения не был реализован до тех пор, пока его реле не использовались в телеграфе. После изобретения вращающегося диска в 1890 году были разработаны более сложные реле с 10 положениями.
В 1898 году Никола Тесла подала патент на изобретение, которое он назвал «телемеханика», которое он продемонстрировал с помощью радиоуправляемой миниатюрной лодки, первого устройства дистанционного управления, когда-либо созданного. Система дистанционного управления содержала метод декодирования волн Герца. Эта система будет переключать действия, основанные на разных сигналах, функционирующих как логический элемент И.
Первые цифровые логические схемы программируемых вычислительных устройств, помещенные в вакуумные трубки. Это включает в себя известные компьютеры, такие как ENIAC, Colossus и Pilot Ace Алана Тьюринга. Эти ранние цифровые компьютеры были огромными и имели тысячи вакуумных ламп. Чтобы сделать вычислительные устройства доступными для общественности, логическая схема должна была бы сокращаться.
ENIAC занял 1600 квадратных футов пространства. Современный смартфон имеет в 12 000 раз больше вычислительной мощности. Предоставлено американской армией
Это потребовало уменьшения размеров в 1960-е годы с резисторно-транзисторной логикой (RTL) и транзисторной транзисторной логикой (TTL). RTL были первыми логическими устройствами, которые были включены в интегральные схемы, а затем использовались на компьютере для управления Apollo. Первые интегральные схемы TTL были разработаны в 1963 году компанией Sylvania и были популяризированы сериями 7400 TI. С тех пор современные логические схемы сокращают эти концепции и добавляют дополнительные булевы ворота.
Цифровая логика сегодня
Столетия инноваций привели к созданию крошечных и мощных логических устройств, таких как ПЛИС, ПЛК и Pico Gates, которые позволяют крошечным устройствам иметь вычислительную мощность и функциональные возможности управления, которые затмевают огромные старые компьютеры. В наши дни есть крошечные логические пакеты практически для каждой функции, которую можно себе представить, будь то массив или дискретный пакет.
Если вы хотите узнать больше о том, как миниатюризируются дискретные логические пакеты, то Том Вульф, старший инженер-разработчик приложений Nexperia, проведет бесплатный веб-семинар 22 июня в 9:00 по тихоокеанскому времени.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.