,
Как работает микрочип
Иллюстрация: Максим Чатский
Микрочип состоит из транзисторов. Транзистор — это такой полупроводниковый электроприбор, у которого три электрода, от первого ко второму идет ток в зависимости от того, какое напряжение на третьем.
Вот откуда взялись все эти зеленые нолики и единички в фильмах о компьютерах. Из-за того, что транзисторы работают только с двумя состояниями 0 или 1, все данные в компьютере хранятся в двоичном виде. Мы привыкли к десятичным числам, состоящих из цифр от 0 до 9, а в двоичных числах цифр всего две — 0 и 1. И сосчитать до пяти в двоичных числах можно вот так: 1, 10, 11, 100, 101.
Это чем-то похоже на водопроводный кран: вода течет в зависимости от того, открыта или закрыта заслонка – только вместо воды у транзисторов напряжение, и состояния может быть два — есть напряжение или нет, 0 или 1.
Транзисторы бывают разных типов и используются они в электронике для того, чтобы реализовывать логические операции с ноликами и единичками.
Если мы подключим последовательно два крана к одной трубе, вода потечет только если оба крана включены, получится «логическое И»:
А если подключить два крана параллельно, то вода потечет, если хоть один кран включен, это называется «логическое ИЛИ»:
Транзисторы соединяют друг с другом в разной последовательности для того, чтобы реализовать разные логические операции: И, ИЛИ, НЕ, Исключающее ИЛИ и так далее. Для каждой такой функции придуманы специальные обозначения:
А вот, например, схема устройства, которое складывает два двузначных числа: AB + CD = XYZ
То есть, если на A и на D подать напряжение, то на выходе будет напряжение у Z и Y, а на X напряжения не будет:
AB + CD = XYZ
10 + 01 = 011
Те же самые вычисления можно производить не только на полупроводниковых транзисторах. В огромных шкафах старых аналоговых телефонных станций происходило то же самое, что и в микросхемах, только вместо транзисторов там были обычные электрические реле. А первые компьютеры были вообще механическими и сложные вычисления производились при помощи шестеренок еще в античные времена.
Если к контактам X, Y и Z мы подключим по светодиоду, а к контактам A, B, C и D подключим выключатели, то у нас получится простейший электронный калькулятор.
Микрочип состоит из сотен, тысяч и миллионов таких вот транзисторов, соединенных в одну сеть, потому что есть задачи посложнее, чем сложить два числа: калькулятор, флешка, управление кассовым аппаратом, ядерной электростанцией.
Центральный процессор в компьютере — тоже микрочип, только невероятно сложный. Я пишу этот текст на компьютере под упралением центрального процессора, состоящего из 1,17 миллиарда транзисторов. На этой картинке его увеличенное изображение. Для того, чтобы каждый транзистор в нем был размером хотя бы в один пиксель, надо увеличить ее примерно в 200 раз.
