Физические основы действия современных компьютеров

Страница 1

Введение . 3

Двоичная система счисления и логика . 3

Схема действия компьютера . 4

Долговременная память 4

Накопители на магнитных дисках и лентах 4

CD и DVD-ROM . 5

Полупроводниковые устройства . 6

Биполярные транзисторы 8

Полевые транзисторы . 10

Реализация других полупроводниковых приборов в интегральных схемах 11

Оперативная память . 12

Статическое ЗУ . 14

Динамическое ОЗУ . 15

Системная память: взгляд в будущее 16

Шесть технологий памяти будущего. Определения 18

Центральный процессор 20

Новые технологии . 21

Медные соединения 23

SiGe . 24

Кремний на изоляторе (silicon-on-insulator, SOI) . 24

Перовскиты 25

Заключение 25

Список использованной литературы: 26

Введение

Сейчас, когда человечество входит в третье тысячелетие, для обитателей мегаполисов незаменимой вещью, фактически правой (или левой) рукой стал компьютер. Однако, очень мало кто действительно представляет себе, как работает этот «черный ящик». В данной работе мы попытаемся описать не только структурное устройство компьютера, но и продемонстрировать, благодаря каким физическим законам он действует.

Двоичная система счисления и логика.

Для большинства людей не является тайной, что компьютеры работают в двоичной системе счисления. Однако, что это за система такая, и почему именно в ней - знают не все. N-ичная позиционная система счисления суть такая система, где роль «десятки» выполняет число N. В случае двоичной системы счисления роль десятки играет число 2, и в ней числа будут записываться как 0, 1, 10, 11, 100, 101, 111… и т.д. Таким образом, число 1310 (13 в привычной нам, десятичной, системе счисления) в двоичной будет записываться как 11012.

Почему же была избранна именно двоичная система счисления? Дело в том, что компьютер, как любое электрическое устройство, может оперировать либо с модулированным сигналом, либо с наличиемотсутствием сигнала. Таким образом, если бы нам захотелось заставить компьютер считать в десятичной (привычной всем нам) системе счисления, то пришлось бы решать задачу как, например, различать сигнал по напряжению. Например, сигнал в 1 вольт – это будет единица, 3 вольта – тройка и так до десяти. Однако, модулированный сигнал требует измерения. А это не очень удобно, т.к. требует дополнительного усложнения системы. Тем не менее, подобные попытки все же предпринимались, и компьютеры, измерявшие поступивший сигнал назывались аналоговыми. Таким образом, родилась идея использовать троичную систему счисления, где роль нуля, единицы и минус единицы играли отсутствие напряжения, наличие положительного напряжения и наличие отрицательного напряжения на входе в элемент. Однако, И это оказалось не совсем удобным (хотя многие первые компьютеры использовали именно эту систему).

В результате, остановились на двоичной системе, где роль единицы и нуля играло наличие и отсутствие напряжения на входе. Это оказалось еще удобно тем, что двоичная система счисления очень удобно связывается с логикой, т.к. логика оперирует понятиями истинности и ложности – чем не нуль и единица? С помощью двоичной системы счисления оказалось возможным кодировать любую информацию. Так, если одну цифру (0 или 1) считать минимальной единицей информации (ее назвали «бит), то 8 бит (23 бит) – 8 цифр 0 или 1 (называемые «байт») в виде одного числа могут принимать значение от 0000000 до 111111112 т.е. 25510. Таким образом, в один байт можно записать 256 разных значений, что вполне достаточно для представления одним байтом всех цифр десятичной системы счисления, двух алфавитов (например, латинского и греческого), набора специальных символов типа точек, тире, и т.п. и еще «место осталось».

Таким образом, оказалось очень удобно использовать в компьютерах двоичную систему счисления, а информацию мереть в битах, байтах и тысячах, миллионах, миллиардах и т.п. байт (килобайт, мегабайт, гигабайт, терабайт). Следует заметить, что килобайт – это вовсе не 1000 байт, а 1024 (210 – система-то двоичная) и т.п. Как же эти нулики и единички циркулируют в компьютере?

Схема действия компьютера.

В общем и целом, компьютер состоит из устройств ввода-вывода, памяти и центрального процессора. Вполне понятно, что устройства ввода – это клавиатура, мышь, сканер, дисководы, жесткие диски, накопители на магнитной ленте, CD и DVD-ROM и т.п. Устройства вывода – монитор, принтер, плоттер, а так же снова дисководы, жесткие диски, накопители на магнитной ленте, CD и DVD-ROM и т.п. Строго говоря, поименованные накопители, которые вошли в устройства ввода и устройства вывода одновременно так же можно отнести и к разряду памяти, но не оперативной, а долговременной. Впрочем, о них позже. Память (оперативная) – это буфер для содержания непосредственно необходимых для выполнения данной задачи данных, а центральный процессор – устройство, которое собственно ведает выполнением программы и управляет остальными. Именно центральный процессор занимается счетом и решением логических задач. Легко догадаться, что любую задачу (от похода в магазин до расчета параметров аэрокосмического истребителя) можно задать как набор логических и математических параметров, увязанных логическими структурами типа «если – то – иначе). Как функционирует процессора мы рассмотрим ближе к концу данного труда, а сейчас обратимся снова к памяти.

Перейти на страницу номер:
 1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12 
Скачать реферат Скачать реферат


Реклама

Разделы сайта

Последние рефераты