淺談我們身處的“數(shù)字邏輯”世界

也許你還沒有意識到，我們?nèi)祟惼鋵嵰恢鄙钤凇皵?shù)字”的世界里，老祖宗發(fā)明了“度、量、衡”（這本質(zhì)上就是模數(shù)變換器 - ADC），就把世間能夠感知到的一切“物”進行了量化，比如身高1米78的小張同學到超市買了3斤6兩蘋果、中午11點30分要趕去北京的高鐵。。。雖然我們面對的自然界的對象是“模擬“（Analog）的，也就是說連續(xù)的量，但我們大腦里處理的信息，相互之間交流的信息，都已經(jīng)轉變成了量化的、不連續(xù)的數(shù)字量（Digital）。

對連續(xù)的量進行量化，大大方便了我們對信息的處理，這包括了我們的邏輯判斷（如果。。。那么。。。否則。。。）、數(shù)值計算等。

我們常常掛在嘴邊的高/矮、上/下、對/錯、開/關等其實就是非0即1的二進制，其實高多少、對幾分、開多大必然存在著中間的模糊地帶，但我們生活中仍然對很多事情做二值化的處理。

當然僅有二進制是不夠的，我們將一天劃分為12個時辰/24個小時，1年365天，1個小時分為60分鐘；古代的一斤分為16兩；各種制式適用于不同事物的量度，而進化下來，我們生活中最常用的就是十進制方式，不同的進制方式（編碼方式）之間可以進行換算。

這其實就是“數(shù)字邏輯”的基礎。拋開我們的信息載體“電路”，數(shù)字邏輯就是我們每個活著的人大腦中每天盤算的事情，是我們生活的日常。

翻看一下我們正在學的“數(shù)字電路”課程，可以說整個課程中，95%的內(nèi)容講的是“數(shù)字邏輯”，這些完全可以脫離開電路，僅有5%的部分講述的是如何用“合適的電信號”來表征我們?nèi)祟惔竽X認知的數(shù)字信息，并有效地處理這些數(shù)字信息。

如果把數(shù)字世界看成對變化著的模擬世界進行“理想化”的抽象的話，我們同時要研究的就是如何盡可能理想化（穩(wěn)定、真實）地表征信息、如何處理那些非理想化的因素，表現(xiàn)在電路上就是使用CMOS器件、高/低電平的判斷、傳輸時間的影響、時序電路中的延遲、組合邏輯中的競爭冒險。。。等等，這些都是在實際的電路設計中要考慮到的因素。

而數(shù)字邏輯，正如我們每天的日常大腦所做的，對應教材中的：

各種邏輯門 - 因果關系，由一個或多個輸入產(chǎn)生的不同輸出結果，今天我還問了同事們一個問題 - 什么是“門”（Gate），為什么邏輯用“門”來表達？

組合邏輯 - 多個因素在一起產(chǎn)生的多種可能性、以及基于這些可能性做出的選擇，比如學號、快遞地址、從清華南門到北京火車站的道路

時序邏輯 - 我們的世界一個重要的維度就是“時間軸”，日月星辰已經(jīng)給我們設定了時鐘，于是我們早上6點鐘起床、8點半趕到公司、下午4:20要和同事一起乘坐去往上海的高鐵，很多的行為都是在某個設定的時間點完成，無論是個人，還是一個集體。

狀態(tài)機 - 我們個體以及接觸到的任何事物時時刻刻都處在某個狀態(tài)，又會由某種“因”的觸發(fā)而改變狀態(tài)，從而形成了運動著的世界，構成了我們的日常。描述這種關系的方式就是狀態(tài)機。

當然，作為社會化的人，我們從小受到教育、接受社會的分工，從小到大的生活都受到“指令”的控制，比如父母培養(yǎng)你養(yǎng)成的習慣、你所處的社會環(huán)境設定的規(guī)章、制度，法律法規(guī)，在學校老師們給你安排的課程、布置的作業(yè)，企業(yè)的上級領導分配你的工作。

我們每個人都是被“編程”了的單片機、微處理器系統(tǒng)，日復一日地按照設定的程序來生活著，程序被寫在了我們的“存儲器”里面，執(zhí)行程序的過程中要處理好各種外界的輸入（通過眼、耳、鼻等等這些傳感器），做各種邏輯判斷和計算，進而采取下一步的行動。

人本身就是一個“數(shù)字系統(tǒng)”，我們要設計的用電信號來表征的“數(shù)字系統(tǒng)”也就是要將我們?nèi)粘５乃季S方式用電信號的方式映射出來。

所謂的“人工智能”就是將我們?nèi)祟惖乃枷?、思維方式映射到一個個用電信號驅(qū)動的設備中，讓這些設備通過電信號能夠像我們?nèi)祟愐粯尤ネ评?、計算、決策等。

一切源于我們自身。

而“數(shù)字邏輯”就是構成“數(shù)字系統(tǒng)”的基礎。

最后我們來看一張圖，關于計算機系統(tǒng)構成的知識結構圖。你能否將每個層面都找到跟我們自身的對應？一旦理清楚這些對應關系，你也就清楚了“數(shù)字電路”的定位以及你學習數(shù)字電路的意義和方法。

編輯：jq