#科語錄 你知道現在電路的運算基礎是怎麼打下的嗎?
邏輯設計的運算採用布林代數,但是第一個將布林代數應用於電路上的,卻是被稱為「資訊理論之父」的夏農 (Claude Elwood Shannon)。
而他的碩論《繼電器與交換電路的符號分析》,更被後世譽為資訊時代的大憲章。
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從小就喜歡搞電子實驗的夏農,自密西根大學畢業時已取得數學與電機雙學位,接著便進入MIT電機研究所就讀,並在科學巨擘凡納爾・布希 (Vannevar Bush) 教授的實驗室當研究助理。
當時,夏農的主要工作是協助調整布希所設計的分析儀,需要掌握近百個控制電動馬達的繼電器。
繼電器的開關掌控著電流進出,串成迴路後,就能以特定的順序開開關關,讓微分分析儀解出各種微分方程式。
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第二年暑假,夏農到了正在開發「縱橫式自動交換機」的美國電話電報公司(AT&T)貝爾實驗室實習。
雖然和夏農過去操作的微分分析儀不同,但聰明的夏農卻能看出兩者在運作上的共通點。
兩個繼電器在一條電路上前後串聯,必須打開電流才能通過。若電路一分為二,各經一個繼電器再並聯,其中只要有一個是開的,電流就能繼續往前了。
領悟這其中奧妙的夏農,從這組實體電路聯想到了抽象的邏輯關係,更看出電子迴路與布林代數的關聯。
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在夏農眼中,繼電器的開、關兩種狀態,恰可用布林代數中的 1 與 0 兩種數字表示。
不只如此,他還將繼電器的串聯看作邏輯運算的「且」(AND),並聯則當成「或」(OR),就這樣一彈指,將所有的迴路都用布林代數來描述。畢竟如果可以簡單誰想要複雜對吧XD
回到學校,夏農以此做為碩論題目。沒多久,便在 1937 年完成碩士論文──《繼電器與交換電路的符號分析》(A Symbol Analysis of Relay and Switching Circuits)。
而論文更是開宗明義地宣告:「任何電路都可以用一組方程式表示,……。事實證明,其計算方式完全等同於符號邏輯所用的命題運算。」
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這篇碩論公開後立即引起巨大迴響,甚至被譽為「應該是本世紀最重要、最值得注意的碩士論文」;原本複雜的電路圖改用布林代數表示後,就能在機器實際建造前先計算出執行的結果,找出更精簡的方案,錯誤成本大幅降低。
科技產品也因為設計效率提升、製造成本下降,得以更迅速推陳出新,往後計算機、電腦的發展也受惠於他的創見。
很快地,打造現代電腦的各路好漢,也將在這條計算機路上一個個出現。
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本文改寫自泛科學文章《獨自搞定電腦與通訊的理論基礎,卻罕為人知的天才——夏農│《電腦簡史》數位時代(四)》
https://pansci.asia/archives/191130
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延伸閱讀:
夏農誕辰│科學史上的今天:4/30
https://pansci.asia/archives/140465
人工智慧憑什麼叫做人工智慧?AI的名稱政治學──《科學月刊》
https://pansci.asia/archives/139201
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【「八合一」示波器來了!】
設計人員在未知領域發掘新興應用,如:高速數位設計、電源完整性驗證、Wi-Fi 6、物聯網 (IoT)、工業物聯網 (IIoT) 以及成像和氮化鎵 (GaN) 半導體等應用,均使用目前未被廣泛支援,或需要付出高昂成本的 2 GHz 和 6 GHz 頻段,這為測試驗證工作帶來新的挑戰。
工程師需使用同時具備類比與數位通道的時域和頻域設備來測試這些新產品,還需透過軟體獲得必要的協定、標準、內建的測試輔助;多數情況下,測試團隊還須透過遠端協作共同完成。為應因未來測試場景的複雜需求,業界首款「八合一」桌上型系列混合信號示波器問市了!
延伸閱讀:
《讓不同產業工程師透過一台儀器執行不同量測》
http://compotechasia.com/a/tactic/2020/0529/44857.html
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[新品快報 大專院校的福音!]ADI公司新款主動學習模組致力於改善類比電路和通訊課程教育
(2017年3月20日台北訊)Analog Devices, Inc. (ADI)宣布推出兩款主動學習模組,以幫助電子相關科系大學生和愛好者透過高性價比和易於使用的教育模組,在實驗環境中瞭解和學習電子線路及通訊工程知識。 ADALM2000主動學習模組藉由圖形應用軟體及實驗室傳統設備才具有的功能,使得學生們可以設計並即時測試類比電路。ADALM-PLUTO軟體定義無線電(SDR)主動學習模組更側重於應用,可幫助學生們了解軟體定義無線電(SDR)、射頻(RF)和無線通訊的基礎知識,並利用獨立的全雙工接收和發射通道進行實驗,使得大專院校師生和愛好者可以自由且具有創造性地擴充教材範圍,探索即時設計的樂趣。
瞭解有關ADI公司大學計畫和主動學習模組系列詳情,請參閱:http://www.analog.com/university
伍斯特理工學院電子與計算機工程副教授兼無線創新實驗室主任Alexander Wyglinski博士表示:“結合MATLAB®和Simulink®使用的ADALM-PLUTO是學生們的無價之寶,它提供了非常有收穫的數位通訊系統工程學習體驗。ADALM-PLUTO支援學生們快速設計出真正的無線通訊系統,在很短的時間內便可進行無線收發實驗,這有助於未來的工程師融會貫通課堂上學到的理論概念,了解最新軟體定義無線電技術的實際設計考慮。”
關於ADALM2000主動學習模組
ADALM2000主動學習模組是一款高性價比、USB供電軟體定義儀器,小巧便攜且具備實驗室傳統儀器所具備的功能,使師生們可以隨時隨地對電路進行測試。透過二路類比差動輸入、二路類比單端輸出,二路電源和 16 位元數位輸入或輸出,學生們可以在沒有傳統測試儀器的環境下自由探索高達數十MHz的信號和系統。結合ADI公司在電腦上運行的Scopy圖形應用軟體,用戶可以輕鬆使用最受歡迎的高性能儀器設備功能,便利性不言而喻。其中包括了以下儀器設備功能: DC / AC電壓表、30MHz示波器、+/- 5V電源供應、50MHz頻譜分析儀、30MHz信號產生器、30MHz任意波形產生器、100MHz邏輯分析儀,60多種不同的協定匯流排分析儀以及100MHz數位模式產生器。Scopy是一種開源應用程式,支援教師和學生使用的所有主要平台(Windows®,Linux®和OSX®),並且經由外掛軟體架構來支援用戶開發的儀器,如網路分析儀。有關詳細資訊請參閱:http://www.analog.com/ADALM2000
關於ADALM-PLUTO軟體定義的無線電主動學習模組
易用的ADALM-PLUTO軟體定義無線電主動學習模組可幫助電子及通訊工程專業的學生們熟悉SDR、RF和無線通訊的實際工作情形。該主動學習模組具有獨立的接收和發射通道,可以在全雙工模式下工作,並以高達61.44 MSPS的速率產生或採集325 MHz至3800 MHz 的射頻類比信號。該模組小到足以放入襯衫口袋中,完全自控並採用USB供電。ADALM-PLUTO可藉由跨平台(Windows,Linux和OS X)libiio程式庫進行存取,支援學生們學習和探索多種不同的平台(x86和ARM)。ADALM-PLUTO可以作為通訊或RF實驗室中SDR信號處理和可視化框架(如MATLAB,Simulink或GNU Radio)中的重要工具,供學生們隨時隨地使用,實現翻轉課堂或遠程學習的目標。有關詳細資訊請參閱:http://www.analog.com/ADALM-PLUTO
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