If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah

Kurz: Informatika – Počítače a internet > Kapitola 2

Lekce 1: Úvod do počítačů
Počítačové vědy
Informatika – Počítače a internet
Počítače
Úvod do počítačů
© 2024 Khan AcademyPodmínky poskytování služebZásady ochrany osobních údajůZásady používání souborů cookie

Od elektřiny k bitům

Učebna Google
V počítači se informace přenášejí prostřednictvím drátů. Nejjednodušším způsobem přenosu informací pomocí drátu je nastavit drát na "zapnuto" nebo "vypnuto", dle množství elektřiny procházející drátem.
Schéma 2 drátů. Přes horní drát procházejí blesky, které představují elektrickou energii a je označen ZAPNUTO (ON). Spodní drát je vyplněn černě a je označen VYPNUTO (OFF).
"Zapnutý" drát představuje 1 a "vypnutý" drát představuje 0.
Schéma dvou drátů, jedním prochází elektřina, druhým ne. První aktivní drát má vedle sebe 1, druhý neaktivní drát má vedle sebe 0.
Tato základní informace se nazývá "bit" a je to nejmenší informace, kterou počítače zpracovávají.

Více drátů = více bitů

Jeden drát může reprezentovat pouze jeden bit, jednu informaci. Výsledky hodu mincí můžeme proto reprezentovat jediným bitem - tím, že 0 bude představovat jednu stranu a 1 druhou stranu — ale obvykle potřebujeme v počítači používat větší množství informací.
Řešení? Více drátů! Každý drát přidá další část informací, další bit, který lze chápat jako zapnutý nebo vypnutý, 1 nebo 0.
Řekněme například, že chceme symbolizovat, kterou ze tří žárovek zapneme. Můžeme použít tři dráty, přičemž každý drát představuje stav žárovky zapnuto/vypnuto:
Schéma 3 drátů. Prvním drátem prochází elektřina, je označen 1, a je zobrazen vedle rozsvícené žárovky. Druhý drát je vypnutý, označen 0, a je zobrazen vedle vypnuté žárovky. Třetí drát vypadá jako první.
V počítačích používáme bity pro reprezentaci čísel ve dvojkové číselné soustavě. V dalším článku se na binární čísla podíváme podrobněji.

Co je za oponou

Ve skutečnosti není drát "zapnutý" nebo "vypnutý". Je to jenom abstrakce, která zjednodušuje detaily fungování počítačů. V informatice používáme abstrakci často, abychom mohli snadněji porozumět systémům, které vytváříme. Pojďme se podívat pod kapotu toho, jak tato abstrakce funguje.
Drátem může protékat různé množství elektřiny, ale počítač musí být schopen interpretovat elektrickou energii v drátu buď jako rozhodně 0, nebo jako rozhodně 1.
V roce 1947 vynalezli inženýři tranzistor, malé fyzické zařízení, které se v počítačích chová jako digitální spínač. Tranzistor se zapne, když jím protéká dostatek elektrické energie, jinak zůstane vypnut.
Kolik elektřiny je "dostačující"? To závisí na tranzistoru a jeho napěťovém prahu. Pokud inženýr používá tranzistor s napěťovým prahem 4,5 voltů, pak napětí 4,5 nebo vyšší zapne tranzistor. Při nižších napětích zůstává tranzistor vypnutý.
Schéma 4 drátů procházejících tranzistory. Horním drátem prochází elektřina o napětí 5,5 V a z tranzistoru vystupuje v zapnutém stavu, označeno jako 1. Druhým drátem prochází elektřina o napětí 4,5 V a z tranzistoru vystupuje v zapnutém stavu, označeno jako 1. Třetím drátem prochází malé množství elektrické energie o napětí 0,1 V a z tranzistoru vystupuje ve vypnutém stavu, označeno jako 0. Čtvrtým drátem prochází elektřina o napětí 0 V a z tranzistoru vystupuje ve vypnutém stavu, označeno jako 0.
Představ si počítač, který potřebuje zjistit, zda je připojen USB kabel. Když do USB portu počítače připojíš kabel myši, systém obvodů v myši použije napětí poskytnuté portem k navýšení napětí v kabelu nad 3,3 voltů. Tranzistor uvnitř počítače detekuje vysoké napětí a vyloží si jej jako "zapnuto" nebo 1. Tento bit informací říká počítači, že je k portu připojeno USB zařízení.
Ilustrace počítačové myši s drátem označeným jako 3,5 voltu připojeným do USB portu. Uvnitř počítače se vedle portu nachází tranzistor a z něj vystupuje drát s označením 1.
V tomto případě použili inženýři tranzistor s napěťovým prahem 3,3 voltů pro stav "zapnuto" a 0,3 voltů pro stav "vypnuto".
Tranzistory jsou velmi rozmanité. Inženýři si volí tranzistory, které jsou pro jejich práci nejlepší, zvažují přitom vlastnosti, jako je napěťový prah, materiál a velikost.
Tranzistory ve tvém počítači jsou tak malé, že bychom k jejich nalezení potřebovali vysoce výkonný mikroskop. Tranzistory se nicméně používají i v jiných elektrických projektech a tyto tranzistory je možné zvednout prsty. Zde je několik příkladů:
6 tranzistorů, každý tranzistor má uzavřenou obdélníkovou vrchní část a tři kovové hroty, které z ní vystupují.
Velká část elektrotechnického inženýrství a fyziky se zabývá fyzickou výstavbou počítačového hardwaru, jako jsou tranzistory, ale do této části se pouštět nebudeme. Pokud se chceš dozvědět více, podívej se na následující video o tom, jak funguje tranzistor.
Důležité je pamatovat si, že jsou počítače vybudovány na různých vrstvách abstrakcí, jako jsou abstraktní bity u tranzistorů. Tyto vrstvy umožňují počítačovým vědcům používat a ovládat počítače předvídatelnými způsoby.
🙋🏽🙋🏻‍♀️🙋🏿‍♂️Máš nějaké dotazy k tomuto tématu? Rádi ti odpovíme — zeptej se v sekci pro dotazy níže!

Chceš se zapojit do diskuze?

Přihlášení
Zatím žádné příspěvky.
Umíš anglicky? Kliknutím zobrazíš diskuzi anglické verze Khan Academy.