มีแค่สถานะ 0 กับ 1 [คอมพิวเตอร์สำหรับอนุบาล]

Bhuridech Sudsee
Nov 2 · 3 min read

ในคอมพิวเตอร์ทั่วไปที่เราใช้งานในปัจจุบัน (ไม่รวมถึงควอนตัมคอมพิวเตอร์) และตั้งแต่มันเริ่มสร้างมานั้นใช้หลักการเดียวกันคือมันจะมีสองสถานะที่แทนตัวมันซึ่ง เวลาหนึ่งๆ มันจะมีได้เพียงสถานะเดียว เพื่อให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นเราจะแทนที่ 0 และ 1 ด้วยสวิทซ์ที่สามารถปิดหรือเปิดได้

อยากจะเริ่มด้วยคำถามข้อหนึ่งที่ไม่เกี่ยวกับเรื่องที่เราจะคุยกันเลยแต่เป็นโจทย์คิดวิเคราะห์ที่ว่ากันว่าชอบออกสอบสัมภาษณ์เข้าเรียนต่อมหาวิทยาลัยในสายวิศวกรรม เรามีห้อง A, B และ C ในแต่ละห้องมีหลอดไฟหนึ่งหลอด มีสวิทซ์ไฟหน้าห้อง 3 ตัวอยากรู้ว่าสวิทซ์ไหนเป็นของห้องไหน โดนที่เรามีสิทธิ์ปิดปิดไฟกี่รอบก็ได้ แต่จะมีสิทธิ์เข้าดูไปดูในห้องได้แค่ครั้งเดียวไล่จาก A, B ถึง C

สำหรับใครที่พอจะนึกออกแล้ว เฉลยก็คือว่า คุณอาจจะใช้วิธี (1) เปิดสวิทซ์สักอันทิ้งไว้สักครู่สักพักก็ปิดไปจากนั้นก็ (2) เปิดสวิซท์อีกอันทิ้งไว้ แล้ว (3) ก็ปล่อยอีกสวิทซ์ไว้ไม่ต้องทำอะไรกับมัน เมื่อคุณใช้สิทธิ์เดินเข้าดูในห้องจะมีห้องที่ (1) ไฟดับอยู่แต่หลอดไฟมันอุ่น และ (2) หลอดไฟเปิดอยู่ (3) หลอดไฟไม่ติดและไม่อุ่นเพราะคุณไม่เคยเปิด! เท่านี้คุณก็รู้หล่ะว่าสวิทซ์ไหนเป็นของปลั๊กไหน

โอเค ทีนี้มาเรื่องของเรา เพื่อนข้างห้องที่เป็นโปรแกรมเมอร์ของคุณเชิญคุณเข้ามาที่ห้องของเขา เมื่อคุณเปิดบ้านเข้ามาท่ามกลางแสงจันทร์สลัวๆ คุณก็พบกับสวิทซ์ไฟ 2 ตัว ใช่คุณต้องเปิดไฟก่อนเลย

คุณลองเปิดไฟดูสวิทซ์หนึ่งตัว

หลอดไฟยังไม่ติด คุณเริ่มรู้สึกประหลาดแล้วที่หลอดไฟมีเพียงดวงเดียวแต่สวิทซ์มีสองตัว คุณลองเปิดสวิทซ์อีกตัว

คุณพบว่าหลอดไฟติด พร้อมกับมองไปเห็นป้ายที่ติดข้างฝาว่า AND Gate

AND Gate [1]

แค่ลองเปิดสวิทซ์ดูตามสักพัก คุณก็พอเข้าใจแล้วว่ามันเป็นแบบที่เจ้าหมอนี่เขียนไว้ นอกจากนี้ยังมีโน็ตแปะไว้ว่าให้คุณมาหาใหม่ในวันหลัง คุณคิดว่าหมอนี่น่าสนใจดีแฮะ คุณจะกลับมาใหม่ในวันถัดไป!


วันถัดมาคุณกลับไปที่ห้องของเขาอีกครั้ง

สวิทซ์ไฟยังคงปิดอยู่ คุณลองเปิดสวิทซ์แรกก็พบว่าไฟติดแล้ว

คุณลองปิดแล้วสลับไปเปิดสวิทซ์อีกตัว

อีกครั้งที่เขาทิ้งโน็ตไว้ให้คุณ OR Gate

OR Gate [1]

และอีกครั้งเจ้าหมอนี่เขียนไว้แปะโน็ตไว้ว่าให้คุณมาหาใหม่ในวันหลัง


วันถัดมาคุณกลับไปที่ห้องของเขาอีกครั้ง ครั้งนี้คุณฉุนเฉียวกับการล้อเล่นของเขา คุณจึงไม่รอให้ถึงตอนเย็นเหมือนที่ผ่านมา คุณไปที่ห้องของเข้าในตอนเช้าและพบว่าหลอดไฟเปิดอยู่ แต่สวิซท์ทั้งคู่อยู่ในสถานะปิดอยู่

คุณลองเปิดสวิทซ์ตัวหนึ่งและก็พบว่าหลอดไฟมันยังคงติดอยู่

คุณลองเปิดสวิทซ์ทั้งสองตัว และพบว่าหลอดไฟดับไป

คุณทราบได้ทันทีเลยว่านี่คือ NAND Gate หรือ AND NOT Gate ถ้าเอาให้ง่ายกว่านี้ก็คือเอาค่าผลลัพธ์ของ AND Gate มากลับจาก 0 เป็น 1 จาก 1 เป็น 0

NAND Gate [1]

คุณคิดว่าหมอนี่มันเจ๋งดีแฮะ และความเจ๋งของการสร้าง NAND Gate ได้ก็คือมันเป็นเกตที่ครอบจักรวาลสามารถใช้ NAND Gate ไปทำ Gate อื่นๆ ได้เช้น NOT Gate ก็สามารถเกิดขึ้นได้จากการเอาขา Input A และ Input ฺB มาเชื่อมเข้าหากัน (เพราะเสมือนว่า NOT รับ Input ตัวเดียว)

ตัวอย่าง Gate ที่สร้างจาก NAND [2]

ด้วยความสามารถดังกล่าวทำให้ SSD ที่เราใช้ๆ งานกันอยู่ทุกวันนี้สร้างจาก NAND Gate นั่นเองถามว่าเกตอื่นสร้างได้ป่าว ตอบเลยว่าดั้ยยโลด แต่เนื่องจากหากใช้ NOR Gate ต้องใช้พื้นที่มากขึ้น 60% [3] คำถามต่อมีคือเจ้า NAND Gate นี้มันทำงานยังไงนะ ?
ผมขออธิบายง่ายๆ ความความเข้าใจของผมคือเนื่องจากมีตัวต้านทานโผล่เข้ามาในวางจร และมีการเปลี่ยนจุดเชื่อมต่อของสวิทซ์ใหม่ให้อยู่หลังตัวต้านทานนี้แล้ว หากสวิทซ์อย่างน้อยหนึ่งตัวปิดอยู่จะทำให้ไฟฟ้าไม่ครบวงจรในเส้นสีดำทำให้ไฟติด

แต่ถ้าเราเปิดสวิทซ์ทั้งคู่จะทำให้วงจรไฟฟ้าตามเส้นสีชมพูครบวงจรกระแสไฟฟ้าจะไหลลงตามแนวสวิทซ์ไฟแทนทำให้ไฟไม่ติด

ทั้งหมดทั้งมวลที่กล่าวมาแล้วจะนำไปสู่การประมวลผลของคอมพิวเตอร์ยุคปัจจุบันที่ไม่มีอะไรมากไปกว่าสวิทซ์เปิดปิดไฟพวกนี้เป็นร้อยหรือพันล้านครั้งต่อวินาที และเมื่อเรารู้ว่า NAND Gate เป็นเกตที่เอาไว้แทนเกตอื่นที่มีได้ทั้งหมดเพียงเท่านี้เราก็สามารถเข้าใจการทำงานของคอมพิวเตอร์ได้แล้ว

References
[1] https://www.studytonight.com/computer-architecture/logic-gates
[2] https://www.electronics-tutorials.ws/logic/logic_5.html
[3] https://arstechnica.com/information-technology/2012/06/inside-the-ssd-revolution-how-solid-state-disks-really-work/2/

odds.team

Odds Team

Bhuridech Sudsee

Written by

odds.team

odds.team

Odds Team

Welcome to a place where words matter. On Medium, smart voices and original ideas take center stage - with no ads in sight. Watch
Follow all the topics you care about, and we’ll deliver the best stories for you to your homepage and inbox. Explore
Get unlimited access to the best stories on Medium — and support writers while you’re at it. Just $5/month. Upgrade