Як влаштований комп'ютер? Нульовий рівень - енергія
Комп'ютер - складна система, що складається із сукупності електронних компонентів, керованих багаторівневим комплексом програм. Для кращого розуміння пристрої комп'ютера пропоную розібратися з тим, які рівні в ньому представлені.
Мало хто здогадується, що перші обчислювальні пристрої були придумані задовго до стародавнього Єгипту, ще в кам'яному столітті. Зрозуміло, вони працювали не на електриці і використовували зовсім інші принципи роботи та типи використовуваної інформації.
Не вірите? Тоді прочитайте книгу під назвою «Вважаю креслення» і дізнаєтеся, що сучасні інженерні розрахунки цілком можна проводити за допомогою аркуша паперу, олівця, циркуля і лінійки без поділок. Архімед і Аристотель для цих цілей успішно використовували палицю і прибережний пісочок. Археолог Н. Злобін припустив і довів принципову можливість подібних побудов-розрахунків в межах мегалітичних споруд, типу Стоунхенджа. Для цього він керував 20-30 добровольцями з «шаманського місця». Зовні це виглядало як танець дикого племені, але в підсумку певний людина займала певне місце, відповідне, наприклад, фазі Місяця на заздалегідь задану дату.
Також доведено можливість використання для обчислень спеціальних каналів з перегородками-шиберами. Перші обчислювачі часів Паскаля, Ньютона і Лейбніца були механічними, а в кінці 19 століття використовувався пар. Сучасні вчені намагаються використовувати пучки світла і квантові стану елементарних частинок. А є диваки, які довели принципову можливість використання для обчислень гри «Життя», що моделює поведінку колонії мікроорганізмів.
Як бачите, існує безліч принципів виконання розрахунків, і сучасні комп'ютери реалізують всього лише тільки один з них.
Енергія не існує сама по собі, обов'язково повинен бути носій. Будь то папуас в спідниці з пальмового листя, лінія на піску, шестерня, електричний імпульс, фотон в оптоволоконному кабелі, група коливань в радіосигналі або мікрочастинка в квантовому мікросвіті.
Елементарний рівень відповідає за те, що означає той чи інший сигнал, причому система обчислення не завжди обмежується «0» і «1». Механічні арифмометри були десятеричная, а графічні коди (лінії і дуги на землі або папері) взагалі важко віднести до якої-небудь системі числення.
Мінімальна одиниця інформації - це біт. У комп'ютерах це двійкова система числення - «0» і «1». Але в інших системах це не так. У звичній десятковій системі - це одна цифра, в усному мовленні - звук, в письмовій - буква, в танцях на Стоунхедж - становище людини на уявній лінії. Біт - це мінімальна неподільна одиниця інформації. Спробуйте написати половину букви або цифри і дайте відповідь, що це означає?
На битовом рівні комп'ютер працює з окремими бітами двійковій системи, як найпростішою. Ви здивуєтеся, але все різноманіття комп'ютерних дій складається з семи однобітних операцій: І, АБО, НЕ, ТАК (порожня операція), XOR (виключає АБО, порівняння), 0 (скидання) і 1 (виставлення біта). Причому кожна операція виконується одним елементом з 2-4 транзисторів.
Подібно до того, як числа складаються з цифр, а слова - з літер, біти складаються в байти. IBM-сумісні комп'ютери оперують 8-бітними байтами, але це було не завжди так. Наприклад, байти в калькуляторах складаються з 4 біт, а комп'ютери початку і середини минулого століття використовували від 6 до 14 біт. Багато мережі досі використовують пакети по 7 біт, але більшість - 9 (8 біт інформації + 1 біт парності для перевірки правильності переданої інформації).
Для сучасних комп'ютерів 8 біт - це мало. Вони оперують відразу 32 або 64 бітами. Фактично це і є їх байт. Але комірки пам'яті все одно 8-бітові, та й зовнішні пристрої працюють з 8-бітними байтами. Тому розмірність байта міняти не стали, а для позначення збірок з декількох байтів використовують термін «комп'ютерне слово».
Ми розглянули логічний рівень, який присутній в комп'ютері в якості ідеї - об'єкта метафізичного світу. У продовженні ми розглянемо фізичне втілення комп'ютера.
