Hlavní obsah
Informatika – Počítače a internet
Od elektřiny k bitům
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.
"Zapnutý" drát představuje 1 a "vypnutý" drát představuje 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:
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.
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.
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:
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?
Zatím žádné příspěvky.