ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් පාඩම - 5 (Electronics Lesson)

පරිපථයක මූලික කාර්ය මොනවාද?

ඔබ අවට ලෝකය හා ඔබේ ශරීරය ගැන මදක් සිතා බලන්න. විවිධ දෑ ඔබට දකින්නට, අසන්නට, දැනෙන්නට තිබෙනවා. ඒ කිසිම දෙයක් නියතව (constant) පවතින්නේ නැහැ නේද? සෑම දෙයක්ම වෙනස් වෙනවා. සමහර දේවල් වෙනස් වන්නේ ඉතා වේගයෙන් වන අතර තවත් සමහර දේවල් ඉතා සෙමින් වෙනස් වෙනවා. තවද, මේවායින් සමහරක් ඔබට (හෝ සමාජයට) ඉතා වැදගත් වන අතර, තවත් සමහරක් ඔබට එතරම් වැදගත් කමක් නැහැ.

භාහිර පරිසරයේ හා ඔබේ ශරීරයේම මේ නිරන්තරව සිදුවන දේවල් ගැන වඩා නිවැරදිවත් වඩා ප්‍රයෝජනවත් ලෙසත් සොයා බැලීමට අවශ්‍යතාවක් ඇති වීමට පුලුවන්. උදාහරණයක් ලෙස, හෘද රෝගියෙකුගේ හදවතේ ක්‍රියාකාරිත්වය ගැන නිරන්තරයෙන්ම සොයා බැලීම වටිනවා. සුළ‍ඟේ දිශාව, වර්ෂාපතනය, ගඟක ජල මට්ටම, ආදී විවිධ දේවල් ගැනද විවිධ හේතු නිසා සොයා බැලීම වටිනවා. ඉතිං මෙවැනි දේවල් නිරවද්‍ය ලෙස කිරීමට මනුෂ්‍යයාට හැකියාවක් නැත. උදාහරණයක් ලෙස, සුළ‍ඟේ දිශාව සියුම් අවස්ථාවකදී මිනිසාට එය තීරණය කළ නොහැකිය. රුධිරයේ ඝණත්වය මිනිසාට ප්‍රායෝගිකව ඇස කන නාසය ආදියෙන් කළ නොහැකිය. ඒ සඳහා විද්‍යාත්මක උපකරණ සෑදිය යුතුය. තවද, මිනිසා යම් වැඩක් එක දිගට බොහෝ වෙලාවක් කරගෙන යන විට, මිනිසා හෙම්බත් වී කරන කාර්යේ දුර්වලතා මතු වෙනවා. එවිටත් කිසිදා හෙම්බත් නොවන පරිදි උපකරණ සෑදිය හැකිය. මේ ආකාරයට මිනිසා උපකරණ සාදන්නේ එම වැඩ වඩා ප්‍රයෝජනවත්ව කාර්යක්ෂමව සිදුකර ගැනීමටයි.

මේ අතර, ඉලෙක්ට්‍රෝනික උපකරණ යනුද එලෙස වැඩ පහසු කර ගැනීමට සෑදූ ඒවාය. ඔබ ඉගෙන ගන්නා රෙසිස්ටර්, ට්‍රාන්සිස්ටර් ආදී විවිධ ඉලෙක්ට්‍රෝනික උපාංග යොදා මෙවැනි උපකරණ (පරිපථ) නිර්මාණය කළ යුතුය. එහිදී භාහිර වශයෙන් පවතින දේවල්හි මැනිය හැකි (measure) යම් යම් ගතිගුණ පළමුව හඳුනා ගත යුතුය. සමහරක් දේවල් මැනීමට ක්‍රමවේදයක් නොමැති බවද මතක තබා ගත යුතුය. උදාහරණයක් ලෙස, ඔ‍බේ ශරීරයේ රුධිර පීඩනය මැනිය හැකි එකක් වන අතර, ඔබේ සිතේ ඇතිවන “ආදරය” එලෙස මැනිය නොහැකිය. ඕනෑම උපකරණයක් සෑදිය හැක්කේ මෙවැනි මැනිය හැකි දේවල් සඳහා පමණයි. යම් දෙයක් මනින්නෙම එම දෙය නිතර නිතර වෙනස්වන නිසා බව ඔබට තේරුම් යා යුතුය. එම මැනිය හැකි දෙය “භෞතික සංඥාවක්” (physical signal) ලෙස හඳුන්වමු.

මෙලෙස ඉලෙක්ට්‍රෝනික පරිපථ නිර්මාණය කිරීමේදී ඉතාම වැදගත් සාධකය වන්නේ භාහිරව පවතින එවැනි මැනිය හැකි දේවල් (භෞතික සංඥා) මොනවාදැයි සොයා බැලීමයි. දෙවනුව, එම භෞතික සංඥා විද්‍යුත් සංඥා (electric signal) බවට පත් කර ගන්නේ කෙසේදැයි සොයා බැලිය යුතුය. ශබ්දය, ආලෝකය, චලනය ආදී බොහෝ භෞතික සංඥා ඉලෙක්ට්‍රොනික් සංඥා බවට පත් කරන පාරනායක (ට්‍රාන්ස්ඩියුසර්) හෝ සෙන්සර් පහසුවෙන්ම මිලදී ගැනීමටත් අද හැකියාව තිබෙනවා. මෙහිදී සලකා බලන භෞතික සංඥාවේ ගුණයේ වෙනස් වීම නිරූපණය කරන්නේ විදුලි වෝල්ටියතාව වෙනස් කිරීමෙන්ය.

උදාහරණයක් ලෙස, ඉහත රූපයේ පෙන්වා ඇති දේ බලන්න. එහි මයික් එකට පැමිණෙන්නේ “ශබ්ද තරංගයකි”. එය භෞතික තරංගයකි. ශබ්ද තරංගයකදී සිදු වන්නේ වාතය කම්පනය වීමකි. මෙම වාත කම්පනය රූපමය ආකාරයෙන් එම රූපයේ නිරූපණය කර ඇත. මයික් එකෙන් කරන්නේ මෙම භෞතික සංඥාවේ වෙනස් වීම හෙවත් විචලනය විදුලි සංඥාවක් බවට පත් කිරීමයි. එහිදී එම ශබ්ද සංඥාවේ හැඩයටම විදුලි සංඥාව පවතී. එහෙත් ශබ්ද සංඥාවේදී අගය වෙනස් වූයේ “වාත පීඩනය” වුවත්, විදුලි සංඥාවේදී වෙනස් වන්නේ “වෝල්ටියතාව” වේ. වාත පීඩනය වුවත්, වෝල්ටියතාව වුවත් එය රූපමය ආකාරයෙන් ඉදිරිපත් කළ විට, එකම හැඩය ඇත. එයින් පෙන්වන්නේ භෞතික සංඥාවේ හැඩයම විදුලි සංඥාවේ තිබිය යුතු බවයි.

ඉන්පසුව එම විද්‍යුත් සංඥාවලට අවශ්‍ය “සැකසුම්” (processing හෝ operations) සිදු කිරීමට ඉ‍ලෙක්ට්‍රොනික් උපාංග යොදා පරිපථය තවදුරටත් සංවර්ධනය කළ හැකිය. සංඥාවකට විවිධ ආකාරයේ සැකසුම් කළ හැකිය. සංඥාවක් වර්ධනය (amplification) කළ හැකිය. සංඥාවක් හායනය (attenuation) කළ හැකිය (හායනය යනු වර්ධනයේ විරුද්ධ ක්‍රියාවයි. එනම්, සංඥාවක් දුර්වල කිරීමයි.)  තනි සංඥාවක් විවිධ සංඥා කිහිපයක් බවට පත් කළ හැකිය (Fourier analysis). වෙනස් වෙනස් සංඥා කිහිපයක් තනි සංඥාවක් කළ හැකිය. යම් සංඥාවක කොටස් ඉවත් කළ හැකිය (filtering). මේ ආකාරයෙන් විවිධ ආකාරයේ සැකසුම් පවතී. අවසානයේ එම සැකසූ සංඥා නැවත සුදුසු ක්‍රමයකින් (ශබ්දයක් ලෙස හෝ ආලෝක සංඥාවක් ලෙස හෝ වෙනත් විශේෂ ප්‍රතිදානයක් ලෙස) පිටතට ලබා දීමට පරිපථය තවදුරටත් සංවර්ධනය කළ යුතුය. මේ සියල්ලම කරන්නේ පරිපථය තුළය. එවැනි පරිපථ නිර්මාණය කිරීමට සිදු වන්නේ ඔබටයි.

භෞතික ගුණ/සංඥා නිරූපණය කිරීම

මොහොතකට පෙර අප භෞතික සංඥා යනු මොනවාදැයි හඳුනා ගත්තා. ඕනෑම භෞතික ගුණයක් එහි වෙනස් වීම මැනිය හැකි නම්, එය භෞතික සංඥාවකි. ඒ අනුව, සුළ‍ඟේ වේගය, සුළ‍ඟේ දිශාව, යමක උෂ්ණත්වය, යම් ස්ථානයක ආලෝක මට්ටම, රුධිර පීඩනය, හදවත ගැහෙන වේගය, රෝදයක කරකැවෙන වේගය, ආදී දහස් ගණනක් වූ භෞතික සංඥා හඳුනාගත හැකිය.

මෙම භෞතික සංඥාවක් වෙනස් වන්නේ කාලයත් සමගය; එනම් කාලයට සාපේක්ෂවයි. එමනිසා අපට පුලුවන් එම කාලයට සාපේක්ෂව සංඥාවේ වෙනස් වීම ප්‍රස්ථාරයක් (graph) ආකාරයට දැක්වීමට. පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ කාලයට සාපේක්ෂව දුර (distance) වෙනස්වන ප්‍රස්ථාරයකි.

හැමවිටම වාගේ කාලය නිරූපණය කරන්නේ තිරස් (horizontal) අක්ෂය (axis) මගින්ය. එය ගණිතයේදී “X අක්ෂය” ලෙසයි. වෙනස්වන භෞතික ගුණය/ලක්ෂණය සිරස් අක්ෂය (vertical axis) මගින් නිරූපණය කෙරේ. එය “Yඅක්ෂය” ලෙස ගණිතයේදී හැඳින්වේ.

සටහන
භෞතික සංඥා පමණක් නොව, විදුලි සංඥාද ඉහත ලෙසටම ප්‍රස්ථාර ආකාරයට නිරූපණය කළ හැකිය. එහිදී Y අක්ෂයෙන් නිරූපණය කරන්නේ භෞතික සංඥාවට අනුකූල පවතින විද්‍යුත් සංඥාව වේ.

ඇනලොග් ලෝකය

ඉහත සඳහන් කළ පරිදි විවිධාකාරයේ භෞතික සංඥා අප්‍රමාණව ඇත. එම සංඥා සියල්ලේම එක් පොදු ලක්ෂණයක් ඇත. එම පොදු ලක්ෂණය වන්නේ, එම සංඥාවක විශාලත්වය (magnitude) හෙවත් අගය (value) වෙනස්වීම අනන්ත ආකාරයකට පැවතීමට හැකිවීමයි. උදාහරණයක් ලෙස, මේ මොහොතේ පරිසර උෂ්ණත්වය සෙල්සියස් අංශක 28 යැයි සිතමු. එය තව සුළු මොහොතකින්, 29 විය හැකිය; 28.5 විය හැකිය; 29.23 විය හැකිය; හෝ වෙනස් අගයක් විය හැකිය. පරිසරයේ උෂ්ණත්වය වෙනස් වන්නේ අංශකයෙන් අංශකය ලෙස හෝ අංශක භාගයෙන් භාග‍ය ලෙස හෝ අංශකයෙන් දහයෙන් පංගුව ගණනේ හෝ නොවේ. එය අඛණ්ඩව හෙවත් සන්තතිකව (continuous)වෙනස් වන දෙයකි. තවත් විදියකින් කිවහොත්, 10 සහ 20 යන සංඛ්‍යා දෙක අතර තව සංඛ්‍යා කීයක් ලිවිය හැකිද? 11, 12, ..., 19 ආදී ලෙස (ඉලක්කම් දෙකක් අතර පරතරය 1 ලෙස පවත්වාගනිමින්) තවත් සංඛ්‍යා 9ක් ලිවිය හැකි යැයි කෙනෙකු කිව හැකියි. 10.5, 11, 11.5, ආදී ලෙස දශම පහෙන් පහට (ඉලක්කම් දෙකක් අතර පරතරය 0.5 ලෙස පවත්වාගනිමින්) සංඛ්‍යා 18ක් ලිවීමට තව කෙනෙකුට හැකිය. 10.1, 10.2, 10.3 ආදී ලෙස (ඉලක්කම් දෙකක් අතර පරතරය 0.1 ලෙස පවත්වාගනිමින්) සංඛ්‍යා 90ක් තවත් කෙනෙකු ලියනු ඇත. මේ ආකාරයට බැලුවොත් 10 හා 20 අතර අනන්ත ගණනක තවත් සංඛ්‍යා ලිවිය හැකිය. (අනන්තය යනු ඉතාමත් වැඩි අගයකි. අගය කොතරම් වැඩිද යත්, එය කිසිම කෙනෙකුට සිතාගත නොහැකි තරම් විශාලය. එමනිසාම අනන්තය යනු 300, කෝටිය මෙන් සංඛ්‍යාවක් නොව, සංකල්පයක් පමණක් බවද මතක තබා ගන්න.)

ඉතිං යම් සංඥාවක් ඉහත ආකාරයට අනන්ත ආකාරයේ අගයන්ට සන්තතිකව වෙනස් වන්නේ නම්, එවැනි සංඥාවක් ඇනලොග් (analog) ලෙස හැඳින්වේ. (සිංහලෙන් ප්‍රතිසම යන නම ඇනලොග් යන්නට දී ඇත.) න්‍යායාත්මකව ඇනලොග් සංඥාවකට ඕනෑම අගයක් ගත හැකිය. එහෙත් ප්‍රායෝගිකව එවැනි සංඥාවලටද, උපරිම (maximum) හා අවම (minimum) අගයන් ලබා දිය හැකිය (සහ යුතුය). උදාහරණයක් ලෙස, කොළඹ ප්‍රදේශයේ සාමාන්‍ය පරිසර උෂ්ණත්වය අංශක 29 පමණ වේ. න්‍යායාත්මකව ගත් කළ පරිසර උෂ්ණත්වය ඕනෑම අගයක් විය හැකි වන අතර එය අහවල් උපරිම අගයකට අඩු හා අහවල් අවම අගයට වඩා වැඩි විය යුතුයි යන්න පැවසිය නොහැකියි. එහෙත් ප්‍රායෝගික තත්වය සලකා බලන විට, කොළඹ උෂ්ණත්වය අංශක 20ට වඩා අඩු නොවන හා 35ට වඩා වැඩි නොවන බව අප දන්නවා. ඒ අනුව කොළඹ ප්‍රදේශයේ උෂ්ණත්වය යන ඇනලොග් භෞතික සංඥාවට අවම අගය ලෙස20ද උපරිම අගය ලෙස 35ද වන බව සැලකිය හැකිය. ඔබ අසාවි කෙලෙසද මෙම උපරිම හා අවම අගයන් තීරණය කළේ කියා. එය පහසුය. කොළඹ උෂ්ණත්වය දෛනිකව (කාලගුණ දෙපාර්තමේන්තුව විසින් වසර ගණනාවක් පුරා) සටහන් කර, එම තොරතුරු දත්ත ගබඩාවක (database) ඇත. ඔබ කළ යුත්තේ මෙම ඩේටාබේස් එක පරික්ෂා කිරීමයි. තවත් විධික්‍රමද පවතී (උදාහරණයක් ලෙස, යම් යම් විද්‍යාත්මක සූත්‍ර ආශ්‍රයෙන්ද එම උපරිම හා අවම අගයන් තීරණය කළ හැකි අවස්ථා ඇත.)

මේ අනුව ප්‍රායෝගිකව, ඇනලොග් සිග්නල් එකක් යනු යම් උපරිම හා අවම අගයන් දෙකක් අතර අනන්ත ආකාරයෙන් වෙනස් විය හැකි සංඥාවකි.

අප ජීවත් වන පරිසරය මේ අනුව ඇනලොග් වේ. එනම්, ලෝකය ඇනලොග් ලෝකයකි. ඒ අනුව පාරනායක විසින් සිදුකරන්නේ මෙම ඇනලොග් භෞතික සංඥා ඇනලොග් විද්‍යුත් සංඥා බවට පත් කිරීම බව ඔබට දැන් වැටහිය යුතුය.

යම් සංඥාවක් උපරිම අගයක් හා අවම අගයක් අතර වෙනස් වන්නේ (දෙක, සියය, දෙකෝටි පනස් දහස් එක ආදි ලෙස) යම් නිශ්චිත ප්‍රමාණයකින් නම්, එවැනි සංඥාවක් ඩිජිටල් (digital) ලෙස හැඳින්වේ. (‍ඩිජිටල් යන්නට සිංහලෙන් කියන්නේ සංඛ්‍යාංක කියාය.) කොන්දේසිය වන්නේ එම වෙනස් වීම “පියවර” (step) වශයෙන් සිද්ධ වීමයි. පියවර ගණන (සියය, ලක්ෂය ආදී ලෙස) ලොකුද, (දෙක, දහස ආදී ලෙස) පොඩිද යන්න වැදගත් නැහැ. පහත රූ‍පයේ සංඥාව කැඩි කැඩි යන ස්වරූපය ගන්නේ එම සංඥාව විචලනය වන්නේ පියවරවල් වලින් මිසක් සුමට සන්තතික ආකාරයෙන් නොවන නිසාය. මෙම රූපයේ දැක්වෙන උදාහරණය අනුව, පියවරවල් ගණන 2000ක් පමණ වේ (බිංදුවේ සිට ඉහළට දහකුත් බිංදුවේ සිට පහළට දහකුත් වශයෙන්).

ඇනලොග් සංඥාවක පියවර ගණන අනන්ත ගණනක් වුවද, ඩිජිටල් සංඥාවක පියවර ගණන නිශ්චිතය. එවිට, එවැනි ඩිජිටල් සංඥාවක අගයන් ඉහළ පහළ යන්නේ සන්තිතකව නොව.  එය හරියට පඩි පෙලකට උපමා කළ හැකිය. පඩිපෙලක් ඇත්තේ උඩ තට්ටුකුත් යට තට්ටුවක් යා කිරීමටයි. එම තට්ටු දෙක උපරිම හා අවම අගයන් දෙකට උපමා කරමු. දැන් එම උපරිම හා අවමය අතර ගමන් කරන්නේ පඩි පෙලේ ඇති පඩි හෙවත් පියවර ඔස්සේය. ඔබ එක පඩියක සිට ඊළඟ පියවරය ඔබේ පාදය ඔසවා තබනු ඇත. එනම් ඔබට අවශ්‍ය උසකින් පාදය තැබිය නොහැකිය. ඔබ පාදය තැබිය යුත්තේම පඩිපෙලේ ඇති පඩිවල උසටය. පඩිපෙලට අමතරම සමහර ගොඩනැඟිලිවල රෑම්ප් එක ලෙස හැඳින්වෙන ක්‍රමයක්ද ඇත (රෝදපුටුවලින් ගමන් කරන අයට පඩිපෙලවල් ඔස්සේ රෝද පුටුව පැදගෙන යා නොහැකි නිසා, මෙම රෑම්ප් ඉඳිකර ඇත. තවද, පඩි නැඟීමට බැරි වයසක අයටද මෙය ප්‍රයෝජනවත්ය.) පඩිපෙලේ මෙන් නොව, රෑම්ප් එකේදි ඔබේ පාදය ඔබට කැමැති උසකින් තැබිය හැකිය.

ඉතිං, ගොඩනැඟිල්ලේ තට්ටු දෙක අතර ගමන් කිරීමට ඇති පඩිපෙල හරියටම ඩිජිටල් ක්‍රමය වේ; රෑම්ප් එක ඇනලොග් ක්‍රමය වේ. මෙය මෙම සංඥා ස්වරූප දෙකෙහි වෙනස හඳුනා ගැනීමට ඇති ඉතා හොඳ උපමාවකි.

මා දන්නවා සමහරෙකු නම් ඩිජිටල් කියා ඉගෙන තිබෙන්නේ මීට වඩා වෙනස් දෙයක් කියා. එය මා දැන් පැහැදිලි කරන්නම්. ඩිජිටල් සංඥාවක උපරිම හා අවම අගයන් දෙක අතර පවතින පියවර ගණන විවිධ විය හැකිය. ඒ අනුව එක් ඩිජිටල් සංඥාවක් නිරූපණය කිරීමට පියවර 2ක් අවශ්‍ය යැයි සිතමු. වෙනත් ඩිජිටල් සංඥාවක් පියවර 4කින් නිරූපණය ‍වන්නේ යැයි සිතමු.

මේ සංඥා දෙකම ඩිජිටල් වුවත්, දෙකේ පියවර ගණන වෙනස්ය. පියවර ගණන වැඩි වන විට සංකීර්ණ බවද වැඩි වේ. ඒ වගේමයි, පියවර ගණන වැඩි ඩිජිටල් සංඥාව පියවර ගණන අඩු ඩිජිටල් සංඥාවට වඩා උසස් නොවේ. මේ අනුව පෙනෙන්නේ පියවර ගණන අඩුවන තරමට පහසු වන බව නොවේද? (මක්නිසාද යත්, පියවර ගණන අඩු වැඩි වීම ඩිජිටල් සංඥාවේ උසස් පහත් භේදයක් ඇති නොකළත්, පියවර ගණන අඩු වන විට සංඥාව සරල වේ.)

මේ අනුව, සරලතම ඩිජිටල් සංඥාව කුමක්ද? එය උපරිමය හා අවමය අතර කිසිම පියවරක් නැති අවස්ථාව වේ. එනම්, සරලතම ඩිජිටල් සංඥාවට ඇත්තේ මට්ටම් (level) දෙකක් පමණයි.

මෙම මට්ටම් දෙක අපගේ පහසුව පිණිස නම් කළ හැකිය. “කමල් හා කමලා” ලෙස හෝ “Bob හා Alice” ලෙස හෝ “A හා B” ලෙස හෝ මෙම මට්ටම් දෙක නම් කළ හැකිය. එහෙත් ගණිත කර්ම කිරීමේ පහසුව පිණිස එම අවස්ථා දේ නම් කෙ‍රුණේ “0 හා 1” ලෙසයි. එනම්, බිංදුව හා එක යන ඉලක්කම් දෙක නම් ලෙස යොදාගෙන ඇත. (ඉලක්කම යන්නට ඉංග්‍රිසි වචනය digit වන අතර, ඩිජිටල් යන නම ලැබී ඇත්තේම මේ නිසා බව තේරුම් ගන්න.)

ස්වාභාවික පරිසරයේ ඩිජිටල් සංඥා දකින්නට ලැබෙන්නේ නැති තරම්ය. එවිට කෙනෙකුට ප්‍රශ්න කළ හැකියි නිකරුණේ ඩිජිටල් සිග්නල් ගැන ඉගෙන ගන්නේ කුමකටද කියා. ස්වාභාවිකව ඩිජිටල් සිග්නල් නොමැති වුවත්, ඕනෑම ඇනලොග් සංඥාවක් පහසුවෙන්ම ඩිජිටල් සංඥාවක් බවට පරිවර්ථනය කළ හැකිය.

මෙලෙස ඇනලොග් සංඥාවක් ඩිජිටල් සංඥාවක් බවට පත් කිරීම Analog-to-Digital Conversion ලෙස හැඳින්වෙන අතර, එය සිදු කරන උපාංගය Analog-to-Digital Converter (ADC) ලෙස හැඳින්‍ වේ. මෙලෙසම, ඕනෑම ඩිජිටල් සිග්නල් එකක් ඇනලොග් සිග්නල් එකක් බවටද පත් කළ හැකිය (Digital-to-Analog Conversion). එය කරන උපාංගය Digital-to-Analog Converter (DAC) වේ. DAC හා ADC යන දෙකටම පොදුවේ CODEC යන තනි නමද භාවිතා කළ හැකිය. (ඇත්තටම, codec යන්නට DAC හා ADC දෙක හැරුණහම තවත් පරිවර්තක උපාංගද හැඳින්වේ. එනම්, පොදුවේ යම් ස්වරූපයකින් පවතින විද්‍යුත් සංඥාවක් තවත් ස්වරූපයක විද්‍යුත් සංඥාවක් බවට පත් කරන උපකරණය CODEC ලෙස හැඳින්වේ.)

දැන් නැවතත් කෙනෙක්ට ප්‍රශ්නයක් මතුවන්නට පුලුවන්, ඇනලොග් සිග්නල් එකක් ඒ ආකාරයෙන්ම තබා ගන්නේ නැතිව ඩිජිටල් බවට පත් කළ යුත්තේ ඇයි කියා. එයට නම් ඉතා හොඳ පිළිතුරු කිහිපයක්ම ඇත.

ඩිජිටල් ක්‍රමයේ ඇති වාසි

·         ඕනෑම සංඥාවක් වයර් තුළින් හෝ රේඩියෝ තරංග ලෙස හෝ වෙනත් ඕනෑම ක්‍රමයකින් එක් තැනක සිට තවත් තැනකට යවන විට හෙවත් “සම්ප්‍රේෂණය” (transmit) කරන විට, එම සංඥාව දුර්වල (weak හෝ attenuateහෝ fade) වේ. එය හරියට ඔබ යම් වැඩක් කරගෙන යන විට, ක්‍රමක්‍රමයෙන් ඔබේ ශක්තිය හීන වී යන්නාක් මෙන්ය. ඊට අමතරව, අකුණු ගැසීම් (උදාහරණයක් ලෙස, අකුණු ගසන විට ටීවී එකේ ඉරි යයි.) හෝ සූර්යාගෙන් හා අභ්‍යවකාශයේ සිට පැමිණෙන අධිශක්ති කිරණ නිසාද, වාහන හා වෙනත් යන්ත්‍රසූත්‍ර ක්‍රියාකිරීම නිසා බාධා නිසාද (උදාහරණයක් ලෙස, ඔබ ටීවී බලමින් සිටින විට, ගෙදර සමහර විදුලි ස්විච් ඔන් ඕෆ් කරන විට ටීවී එකේ ඉරි යයි. වාහනයක් ස්ටාර්ට් කරන විටද ටීවී එකේ එලෙසම ඉරි යයි. ගුවන් යානයක් ඔබේ නිවසට ඉහළින් ගමන් කරන විටද ටීවී එකේ දසුන් සෙලවිය හැකිය.) සංඥාවන් විකෘති විය හැකිය. සංඥාව ඇනලොග් වුවත්, ඩිජිටල් වුවත් මෙම සංඥා හානිය හා විකෘතිය සිදු වේ.

ඇනලොග් සංඥාවකදී මෙලෙස සංඥාවට ඇතිවන විකෘතිය නිවැරදි කළ නොහැකිය. ඊට හේතුව, ඔරිජිනල් සංඥාවේ ඇති වූ විකෘතිය සොයා ගත නොහැකිය. සොයාගත්තත් එය නිවැරදි කළ හැකි ක්‍රමයක් නැත. පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ ඔර්ජිනල් ඇනලොග් සංඥාවක් (විදුලි කෙටීමක් වැනි හේතුවක් නිසා) විකෘති වී ඇති ආකාරයකි (spike ලෙස දක්වා ඇති කොටස). බැලූ බැල්මට ඔබට සිතේවි මෙය පහසුවෙන් නිවැරදි කළ හැකිය කියා. ඊට හේතුව පහත රූපයේ දක්වා ඇත්තේ විධිමත් හැඩයකින් යුතු සයිනාකාර තරංගයක් නිසා (අර ස්පයික් කොටස කපා ඉවත් කළ විට එය නිවැරදි වේ යැයි ඔබට සිතෙනු ඇත). එහෙත් එදිනෙදා හමුවන සියලුම ඇනලොග් සංඥාවලට ඇත්තේ අවිධිමිත් ස්වරූපයන්ය. අනෙක් රූපය බලන්න. මෙවැනි සංඥාවක විකෘතියක් සිදු වුවත්, එය අඩුම ගානේ විකෘතිය ඇත්තේ කොතැනදැයි හඳුනාගැනීමවත් කළ නොහැකියි නේද?

 

එහෙත්, ඩිජිටල් සංඥාවකදී තත්වය ඉඳුරාම වෙනස්ය. ඩිජිටල් සංඥාවකදී සිදුවන විකෘතිය පහසුවෙන් සොයාගත හැකිවාක් මෙන්ම නිවරදි කිරීමද කළ හැකිය. ඊට හේතුව, (ප්‍රායෝගිකව භාවිතා කරන) ඩිජිටල් සිග්නල් එකක ඇත්තේ මට්ටම් දෙකක් පමණි. එවැනි සිග්නල් එකකට විකෘතියක් ඇති වුවහොත්, පහසුවෙන් එය පෙනෙන අතර, එය නිවැරදි කිරීමට නම් කළ යුත්තේ, එම සංඥවේ ඩිජිටල් (කොටු) හැඩය නැවත ඇති කිරීම පමණි. හැමවිටම තිබිය හැකි අගයන් දෙක වන්නේ එ‍ක්කෝ 0 ය; නැතිනම් 1 ය. එමනිසා විකෘති වූ හැඩය දුටු විගස එය නිවැරදි කළ හැකියි. 

සමහර අවස්ථාවල විකෘතිය හෝ හානිය බරපතල වූ විටක ඩිජිටල් හැඩය පවා හඳුනා ගැනීමට බැරි විය හැකිය. එවැනි අවස්ථාවලටද විසදුමක් ඩිජිටල් සිග්නල් සතුව පවතින අතර, එය ගැන මා පසුව පැහැදිලි කරන්නම්. (මා මෙහිදී කරන්නේ හඳුන්වාදීමක් පමණි. පසුවට ‍ඩිජිටල් ගැන වෙනමම පොතකින් විස්තර කෙරෙනු ඇත.)

ඉහත විස්තර සියල්ලම කෙටියෙන් මෙසේ පැවසිය හැකිය. “ඩිජිටල් ක්‍රමයේදි සංඥා හානිය නැති නිසා එය වඩා විස්වාසදායක (reliable) වේ.”

·         ඩිජිටල් වේවා ඇනලොග් වේවා, ඕනෑම සංඥාවකට යම් “ඉඩක්” වැය වේ. උදාහරණයක් ලෙස, CD එකක් මිලදී ගත් විට, සාමාන්‍යයෙන් එහි සිංදු 20ක් පමණ ඇත. එවිට, එම සිංදු 20 විසින් සම්පූර්ණ සීඩී එකේ “ඉඩ” අහුරා ඇති අතර, තවත් සිංදුවක් එහි පටිගත කිරීමට “ඉඩක්” නැත.

ඩිජිටල් සංඥාවන් යම් යම් ක්‍රම මගින් “හකුලුවා” තැන්පත් කළ හෝ විසුරුවා හැරිය හැකිය. මෙය “දත්ත කම්ප්‍රෙස් කරනවා” (data compression) යන නමින් හැඳින්වේ. අද කවුරුත් දන්නා MP3 නමින් ප්‍රසිද්ධ ඕඩියෝ තැන්පත් කිරීමේ ක්‍රමය (format) කරන්නේ මෙයයි. සාමාන්‍යයෙන් එක සිංදුවක් විසින් ගන්නා ඉඩ ප්‍රමාණය තුළ සිංදු දහක් විස්සක් පමණ හකුලුවා තැන්පත් කිරීමට ඊට පුලුවන්. එමනිසයි, MP3 ෆෝමැට් එකෙන් ඇති සිංදු සීඩී එකක සිංදු සිය ගණනක් තැන්පත් කළ හැක්කේ. මේ ආකාරයට ඩේටා කම්ප්‍රෙෂන් කිරීමට හැකි වීම ඩිජිටල් ක්‍රමයේ ඇති අති දැවැන්තම පහසුකමකි.

·         ඩිජිටල් සංඥාවන් කේත (code) ක්‍රම මගින් ආරක්ෂිත (secured) කළ හැකිය. උපමාවකින් මා එය කියන්නම්. ඔබ කෙනෙකුට රහසින් දෙයක් ලිවීමට ඇතැයි සිතන්න. එවිට, එම පණිවුඩය ඔහුට හෝ ඇයට ලියා යවන්නේ කෙලෙසද? බැරිවෙලාවත් එම ලියම වෙන කෙනෙකුගේ අතට පත් වුවහොත් එම තැනැත්තා එම ලියුම කියවා ඔබේ රහස දැනගනු ඇත. මීට පිළියමක් ලෙස, ඔබට යම් යම් සංඛේතාත්මක වචන භාවිතා කළ හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස “අප පළමු වරට මුණ ගැසුනු තැනදී ‍හෙට උදේ 7 ට හමු වෙමු.” ලෙස ලිව්වොත් එය වෙන කෙනෙකු කියෙව්වත් එම ස්ථානය හඳුනාගත නොහැකි වනු ඇත. එහෙත් මෙම ක්‍රමයද එතරම් දියුණු නැත මක්නිසාද යත් ස්ථානය නොදැනගත්තත් ඔබ දෙදෙනා යම් තැනක හමුවන බව තේරුම් ගත හැකි නිසා. කියවන කෙනාට එකදු වචනයක් හෝ නොතේරෙන පරිදිද අවශ්‍ය නම් එය ලිවිය හැකිය. ඒ සඳහා ඔබ දෙදෙනා කතිකා කරගත් යම් රහස් කේත ක්‍රමයක් භාවිතා කළ හැකිය. මෙය එක්තරා විදියකට ඔරිජිනල් සංඥාව විකෘති කිරීමකි. එහෙත් මෙම විකෘති කිරීම සුදුසු ක්‍රමවේදයක් යෙදීමෙන් නැවත ඔරිජිනල් සංඥාව බවට පත් කළ හැකිය. එවිට, එම සුදුසු ක්‍රමවේදය කුමක්දැයි දන්නා අයට පමණක් මෙම රහස් කේත ආකාරයෙන් සකස් කළ සංඥාව කියවිය හැකිය. මෙම කේත කරන ක්‍රියාව data scrambling හෝ data encryption ලෙස හැඳින්වේ. ඩිජිටල් සිග්නල් පහසුවෙන් encrypt කළ හැකිය. අද සන්නිවේදන ක්‍රම ආරක්ෂිත වී ඇත්තේ මෙහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙසය. ඔබේ ජංගම දුරකථයෙන් සිදුකරන සංවාදයක් තවත් කෙනෙකුට දැනගත නොහැක්කේ මේ නිසයි.

·         අද පරිගණක තාක්ෂණය අස්සක් මුල්ලක් නෑරම පවතී. ඔබ භාවිතා කරන ලොකු කුඩා බොහෝමයක් උපකරණවල පරිගණක තාක්ෂණය ඇත. අනාගතයේ සියල්ලම පාහේ පරිගණක තාක්ෂණය මුල් කරගෙන පවතිනු ඇත. පරිගණකය යනු ඩිජිටල් උපකරණයකි. එමනිසා, ඇනලොග් සිග්නල් සමග ඍජුවම ඊට වැඩ කළ නොහැකිය. එමනිසා, ඇනලොග් ලෝකය පරිගණකය සමග සම්බන්ද වන විට ඇනලොග් සංඥා ඩිජිටල් කිරීමට සිදු වේ. එනම්, පරිගණක තාක්ෂණය සමග මුසු වන්නේ ඩිජිටල් ක්‍රමවේදය නිසා, එයද ඩිජිටල්වල තවත් වාසියකි.

·         ඉහත සියලු කාරණාවලට වඩා වැදගත් දෙයක් ඩිජිටල් තාක්ෂණයේ පවතී. එනම්, (එකතු කිරීම, අඩු කිරීම, වැඩි කිරීම, අහවල් අගයට වඩා අහවල් අගය වැඩිද අඩුද සමානද යන වග සෙවීම ආදී) ගණිතමය ක්‍රියාවන් කිරීමට හැකියාවක් ඊට පවතී. මේ නිසා, යම් කිසි ආකාරයේ “බුද්ධියක්” හෙවත් “කෘත්‍රිම බුද්ධියක්” (artificial intelligence – AI) පරිපථවලට ලබා දීමට ඉන් හැකි වී ඇත. ඉහතදී සඳහන් කළ ඩේටා කම්ප්‍රෙෂන්, එන්ක්‍රිප්ෂන් හා පරිගණක මගින් සිදුකරන සියලුම ආශ්චර්යමත් වැඩ සිදු කරන්නේද ඇත්තටම ඩිජිටල් ක්‍රමයේ පවතින මෙම ගණිතමය කර්ම සිදුකිරීමේ හැකියාව නිසාය.

ඇනලොග් සිග්නල් හෝ පද්ධති (system) සමග ප්‍රධාන ලෙස වැඩ කරන විට, එය analog electronics ලෙසද, ඩිජිටල් සිග්නල් හෝ පද්ධති සමග වැඩ කරන විට, එය digital electronics ලෙසද හඳුන්වනවා. ඔබ මෙතෙක් ඉගෙන ගත්, රෙසිස්ටර්, කැපෑසිටර්, ඉන්ඩක්ටර්, ස්විච, ඩයෝඩ, ට්‍රාන්සිස්ටර් ආදී උපාංග ඇනලොග් ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් පරිපථ නිර්මාණයේදී හැමවිටම යෙදීමට සිදුවන ඒවාය. ඩිජිටල් ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්වලද එම උපාංග භාවිතා කිරීමට සිදු වුවත්, ඩිජිටල් ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් සඳහාම සුවිශේෂි උපාංග පවතී. ඒවා digital devices (ඩිජිටල් උපාංග) ලෙස හැඳින්වේ.

ගේට්, ෆ්ලිප්-‍ෆ්ලොප්, රෙජිස්ටර්, රොම්, රැම්, මල්ටි‍ප්ලෙක්සර්, කවුන්ටර්, මයික්‍රොකොන්ට්‍රෝලර් ආදී ලෙස විවිධාකාරයේ ඩිජිටල් උපාංග පවතී. මේ සෑම උපාංගයක්ම මිලදී ගත හැක්කේ අයිසී ආකාරයෙන්ය.

මේ සෑම ඩිජිටල් උපාංගයක් ගැනම පසුවට විස්තර කෙරේ. ඩිජිටල් ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ඉගෙන් ගන්නවා කියන්නෙ මෙම ඩිජිටල් උපාංග වෙන වෙනම ඉගෙන ගෙන ඒවායෙන් ප්‍රයෝජනවත් පරිපථ සෑදීමට ඉගෙන ගැනීමයි. තවද, මෙම සෑම ඩිජිටල් උපාංගයක්ම ඩිජිටල් ට්‍රොනික්ස් තුළ තනි උපාංග ලෙස සැලකුවත්, මේවාද සත්‍ය වශයෙන්ම සාදා තිබෙන්නේ රෙසිස්ටර්, ට්‍රාන්සිස්ටර්, ඩයෝඩ වැනි ඇනලොග් උපාංග වලින්මයි. උදාහරණයක් ලෙස, පහත දැක්වෙන්නේ ඇනලොග් උපාංග කිහිපයක් එකතු කර සෑදූ කුඩා පරිපථයකි.

ඇත්තටම, මෙම පරිපථය ඩිජිටල් ක්ෂේත්‍රයේදී එක් තනි උපාංගයක් ලෙස සැලකේ. එම ඩිජිටල් උපාංගය පහත ආකාරයට සංඛේතවත් කෙරේ. (මෙය AND Gate යන නමින් හැඳින්වෙන ඩිජිටල් උපාංගයයි.)

තවද, ප්‍රායෝගිකව අද පරිපථ නිර්මාණයේදී ඇනලොග් හා ඩිජිටල් යන දෙයාකාරයම එකට භාවිතා වේ. එමනිසා, ඇනලොග් ඩිජිටල් යන දෙයාකාරයේම උපාංග ඔබ හොඳින් උගත යුතුය. උදාහරණයක් ලෙස, ඉහත ANDගේටයෙන් පිටකරන සිග්නල් එක පවර්ෆුල් මදි නම්, ඊට ට්‍රාන්සිස්ටරයක් සම්බන්ද කළ හැකිය.

පහසුව තකා වෙන වෙනම ඇනලොග් හා ඩිජිටල් ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ඉගෙන ගත්තත්, ප්‍රායෝගිකව මෙම ක්‍රම දෙකම එකට භාවිතා වේ. තවද, ඩිජිටල් ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ඉතාම පහසු වන අතර, ඉන් කළ හැකි දේවල් ඉතා විශ්මයජනකයි. එහෙත් හොඳ ඇනලොග් ට්‍රොනික්ස් දැනුමක් නැති නම්, ඔබට කිසිදු ඩිජිටල් පරිපථයක් ප්‍රායෝගිකව නිර්මාණය කළ නොහැකි බව මතක තබා ගන්න.

තවද, විශ්මිත ඩිජිටල් පරිපථ සෑදීම අවශ්‍ය නම්, හොඳ (අමාරු උසස් ගණිතයම නොව) ගණිත දැනුමක්ද අවශ්‍ය කෙරේ. විශේෂයෙන් දෙකේ පාදයේ සංඛ්‍යා ගැන හොඳ දැනුමක් අත්‍යවශ්‍යයම වේ.