Dalam catatan blog ini, kami meneroka hubungan antara 'kecantikan ghaib' yang ditekankan oleh Steve Jobs dengan kejuruteraan elektrik dan maklumat.
Sebelum menerangkan kejuruteraan elektrik dan maklumat, saya ingin bercakap tentang komputer Mac Apple, sinonim dengan inovasi. Secara amnya, persepsi Mac adalah bahawa ia adalah komputer yang agak anggun dan cantik dengan lengkung yang elegan. Walau bagaimanapun, daya tarikan sebenar Mac bukan hanya terletak pada bahagian luarnya. Produk Apple sentiasa mengejar keharmonian reka bentuk dan prestasi yang sempurna. Asas ini adalah falsafah bahawa bahagian yang tidak dapat dilihat oleh pengguna mestilah cantik. Falsafah ini jelas terbukti dalam proses pembangunan Mac. Pasukan pembangunan Mac berkata demikian tentang litar dalaman Mac: "Kecantikan sebenar Mac bukan terletak pada bahagian luarnya, tetapi pada apa yang anda lihat apabila anda membukanya." Ini digambarkan dengan baik dalam anekdot tentang Steve Jobs.
Apabila seorang jurutera menyiapkan litar dalaman Mac, Steve Jobs, apabila melihatnya, mengisytiharkan litar itu tidak menarik dan mengarahkan reka bentuk semula. Jurutera itu membalas bahawa pelanggan tidak akan melihat bahagian dalam Mac. Steve Jobs menjawab: "Saya melihatnya!" Apakah litar dalaman yang disebut dalam anekdot ini, dan apakah jenis litar cantik yang dikehendaki oleh Steve Jobs? Jawapannya terletak pada kejuruteraan elektrik dan maklumat.
Litar biasa yang kita tahu mempunyai suis dan wayar dengan klip buaya yang menyambungkan bateri dan mentol lampu. Tetapi litar sedemikian tidak muat di dalam komputer tipis seperti Mac. Daripada suis dan mentol, ia mengandungi cip semikonduktor yang tidak terkira banyaknya. Namun prinsip pengendalian litar dalaman dalam Mac adalah semudah litar yang kita tahu: menekan suis menghidupkan atau mematikan mentol. Walau bagaimanapun, ia terdiri daripada beratus-ratus juta komponen yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat dengan mata kasar, disambungkan dengan wayar kurang daripada satu milimeter tebal dan dipasang pada substrat hijau yang sangat nipis. Setiap komponen bertukar isyarat dengan yang lain dan mengeluarkan hasil tertentu. Contohnya, menekan kekunci pada papan kekunci menyebabkan komputer memaparkan watak tersebut pada skrin monitor.
Mari kita berhenti sebentar di sini untuk menyerlahkan kepentingan cip semikonduktor dan substrat. Cip semikonduktor boleh dianggap sebagai otak komputer, dan cip ini disatukan untuk menyampaikan keupayaan pengiraan yang berkuasa. Substrat bertindak seperti saluran darah, menyambungkan cip semikonduktor ini ke dalam satu unit. Jika cip semikonduktor adalah otak, substrat adalah seperti rangkaian saraf. Sama seperti setiap saraf mesti disambungkan dengan betul untuk rangkaian saraf berfungsi dengan baik, setiap wayar pada substrat mesti disambungkan dengan tepat.
Walau bagaimanapun, untuk komponen menghasilkan hasil yang diingini, mereka mesti menterjemahkan bahasa masing-masing. Terjemahan ini tidak menukar bahasa Korea kepada bahasa Inggeris, sebaliknya menukarkan semuanya kepada jisim nombor: 0s dan 1s. Ini kerana setiap komponen komputer hanya memahami 0s dan 1s. Oleh itu, semuanya mesti diterjemahkan ke dalam bahasa baharu ini yang terdiri daripada 0s dan 1s. Tetapi jika data yang diterjemahkan dihantar kepada komponen yang salah dan bukannya yang dimaksudkan, komputer mengeluarkan hasil yang tidak masuk akal. Jadi pendawaian yang menyambungkan data yang diterjemahkan mestilah tepat.
Lebih-lebih lagi, jika sambungan antara komponen rosak, bukan hanya output yang menjadi pelik. Kadangkala, walaupun semuanya kelihatan baik di permukaan, litar yang rosak boleh menyebabkan komputer terbakar. Ini berlaku terutamanya apabila dua titik dengan voltan berbeza hanya disambungkan dengan wayar. Sebagai contoh, jika wayar litar menghubungkan dua titik dengan rintangan kira-kira 1 ohm di antara mereka, rintangan wayar adalah sangat rendah. Walau bagaimanapun, jika voltan 0V dan 9V digunakan pada setiap hujung wayar ini, arus yang mengalir melaluinya, mengikut Hukum Ohm, akan menjadi 9A. Jika 5A mengalir melalui wayar setebal 8mm, percikan api akan mula terbang pada titik sambungan yang paling lemah. Walaupun nilainya hanyalah contoh, 9A mencukupi untuk menyebabkan kebakaran pada wayar nipis di dalam komputer.
Tambahan pula, walaupun sambungan dibuat dengan betul, litar yang mengabaikan undang-undang fizikal boleh menyebabkan wayar cair. Sebagai contoh, arus berlebihan yang mengalir melalui wayar nipis boleh mencairkan komponen dalaman akibat haba. Ini bukan sahaja masalah haba. Kerosakan litar sedemikian memendekkan jangka hayat komputer secara drastik. Memastikan komputer kami direka bentuk untuk jangka hayat juga merupakan peranan penting dalam kejuruteraan elektrik dan maklumat. Malah, kegagalan pramatang sering berlaku kerana reka bentuk yang buruk. Oleh itu, jurutera mesti menganalisis helaian data yang mengandungi maklumat dan carta yang berkaitan dengan arus dan voltan setiap komponen. Mereka mesti meramalkan jumlah arus yang akan mengalir akibat beban lampau dan mengiranya dengan menggunakan formula matematik dan undang-undang fizik.
Melengkapkan satu litar memerlukan mempertimbangkan banyak faktor. Setiap langkah, daripada reka bentuk kepada pengesahan dan pengubahsuaian, adalah penting. Itulah sebabnya, selepas litar dibina, berbilang orang menjalankan ujian pengesahan berulang. Semasa pengesahan, litar mungkin mengalami pengubahsuaian. Walau bagaimanapun, masalah boleh timbul jika penempatan komponen litar adalah sangat kompleks dan berselirat, dan pendawaian sangat berbelit-belit, sehingga hanya pereka asal yang dapat memahaminya. Ini kerana orang lain akan bergelut untuk mengenal pasti perkara yang perlu diperbaiki dan cara melaksanakan perubahan yang diperlukan. Di sinilah keindahan sebenar reka bentuk litar ditentukan. Tidak kira betapa rumitnya, litar yang benar-benar dibuat dengan baik harus membenarkan walaupun seseorang yang melihatnya buat kali pertama untuk memahami serta-merta di mana dan bagaimana semuanya disambungkan. Ini bukan semata-mata isu estetik. Reka bentuk yang jelas dan boleh difahami dengan ketara meningkatkan kecekapan kerjasama dan memainkan peranan penting dalam mengurangkan ralat.
Dalam erti kata lain, 'litar cantik' yang dibayangkan oleh Steve Jobs bukan sahaja bermaksud mengelakkan kerosakan dan kebakaran, tetapi juga di mana seorang jurutera dapat memahami sambungan dengan serta-merta, membolehkan kerjasama yang lancar dengan orang lain. Mencipta litar yang begitu indah—mereka bentuknya dan menyelesaikan masalah yang timbul—adalah kerja kejuruteraan elektrik dan maklumat.
Jurutera jurusan kejuruteraan elektrik dan maklumat bergelut dengan litar siang dan malam. Kadang-kadang mereka memenangi pertempuran itu, dan kadang-kadang mereka mengalami kekalahan yang menghancurkan. Walaupun selepas memenangi litar, mereka mesti menanggung pengiraan teori yang sangat besar dan eksperimen pengesahan. Jika pertempuran dengan litar adalah separuh masa pertama, maka beberapa babak kedua yang berikutnya mesti dilawan dengan masalah lain seperti komunikasi atau paparan. Dalam proses ini, jurutera merasai kekecewaan dan menemui cabaran baharu. Namun begitu, jika mereka berterusan tanpa berputus asa, bidang kejuruteraan elektrik dan maklumat adalah tempat hasil yang indah, seperti Mac, akhirnya menanti.
