Основы работы компьютера
 

Все основы компьютера можно разделить на 4 части:
• Математические основы работы компьютера
• Логические основы работы компьютера
• Схематичная реализация логических функций
• Физические основы работы компьютера


Итак мы все знаем, что компьютер работает при помощи 0 и 1.
Но почему именно на их основе, мало кто может ответить.
Сначала введём понятие системы счисения
Мы с вами используем десятичную систему счисления
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Но следуя определению она могла бы выглядеть и так
q ⋓ e r Ӓ y u i 0 p
и тогда бы скажем привычное нам число «25» выглядело бы так «ey».
Помимо десятичной системы счисления существуют двоичные, троичные, четверичные, пятеричные и т.п. системы счислений.
В компьютере используется двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная система счисления.
Двоичная система счисления состоит всего из двух символов «0» и «1».
И все числа, все знаки и символы на компьютере сводятся к 0 и 1.
Один двоичный разряд в компьютерной технике называется БИТом.
Переведём число десятичное число 19 к двоичному виду.
Это производится путём деления в столбик
http://img167.imageshack.us/img167/4779/84913537.gif
Так же делением в столбик можно перевести привести число из десятичной в любую другую систему, просто надо заменить делитель,если хотите из 10 => 8,то делите на 8, если из 10 => 16,то делите на 16 и т.д.
Обратный перевод производится так
http://img200.imageshack.us/img200/6654/28585449.gif
То есть каждый бит умножается на 2ку в степени равной номеру позиции числа начиная отсчёт справа.Еси вам надо перевести, к примеру из 8ной системы счисления,то вы должны домножать на 8 в степени и т.п.
Теперь представим 8миричную (2 в 3 степени) систему счисления
0 1 2 3 4 5 6 7
и сделаем соответствие с двочиной
восьмиричная 01234567Мы эту таблицу сделали при помощи инкремента(прибавления 1) к самому мадшему разряду двоичного числа. В двоичной системе при сложении 01+01=10
Так почему не используют десятеричную систему?
Потому что при инкременте 7 мы получим 8=1000,а это один лишний разряд(и один лишний бит).То есть использовать десятичную систему счисления не выгодно с точки зрения памяти.
Если продолжить ряд до следующего перехода то мы получим 16тиричную(2 в 4 степени) систему счисления.
шестнадцатиричная0123456789ABCDEFХочу заметить,что колчиство 0 слева роли не играет.
Любое двочиное число начинается с 1 !

Логические основы работы компьютера
 

Логические основы работы компьютера

Представим, что 1 и 0 - это возможные варианты исхода события.
1 – событие произошло
0 – событие не произошло
Попробуем представить это графически
Пусть А – это событие, оно произошло(А=1)
Изобразим его как некую область
http://img200.imageshack.us/img200/9237/86055016.gif
И вот первая функция которую можно придумать – это НЕ.
НЕ А – это будет 0.То есть
http://img30.imageshack.us/img30/2788/41381858.gif
Это логическая функция называется ИНВЕРТИРОВАНИЕ
http://img243.imageshack.us/img243/1174/55509493.gif- это ТАБЛИЦА ИСТИННОСТИ. Таблица результатов выполнения функция над оперантами.
Вот и всё что может быть для одного события
А если у нас их 2?
А=1 и В=1.
Представим, что нам надо чтобы и А и В происходили одновременно,
то получается
http://img17.imageshack.us/img17/1936/57050656.gif
Область между этими событиями.
Итак мы получили логическую функцию И (КОНЪЮНКЦИЯ)
Обозначается как /\.
Так же конъюнкцию принято называть логическим умножением(*)
Таблица истинности для конъюнкции такова
http://img27.imageshack.us/img27/3281/82507675.gif
А теперь нам надо что бы происходило событие или А или В или они одновременно,то
http://img243.imageshack.us/img243/3050/70014597.gif
Это логическая функция ИЛИ (ДИЗЪЮНКЦИЯ)
Обозначается как \/.
Так же принято называть дизъюнкцию логическим сложением(+)
Таблица истинности для дизъюнкции такова
http://img27.imageshack.us/img27/5455/53868293.gif
Может быть, что перед нами поставили жёсткий выбор либо А либо В, вместе нельзя, тогда
http://img233.imageshack.us/img233/8138/43876022.gif
Эту логическую функцию называют «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» или «Сложение по модулю 2»
Таблица истинности такова
http://img243.imageshack.us/img243/5150/15068703.gif
Теперь посмотрим на примере, как это происходит

Сложим число 10 и 9
Что бы сложить 2 числа нам надо воспользоваться логическим сложением, то есть ДИЗЪЮНКЦИЕЙ. Переводим 2 числа к двоичному виду и используем таблицу истинности.
http://img16.imageshack.us/img16/8098/10919.gif
(*Для перевода чисел я воспользовался Windows калькулятором)

Теперь перемножим 6 и 3
Что бы перемножить 2 числа нам надо воспользоваться логическим умножением, то есть КОНЪЮНКЦИЕЙ. Переводим 2 числа к двоичному виду и используем таблицу истинности.
http://img35.imageshack.us/img35/4259/67149109.gif

А что дело с вычитанием
9 – 3 = 9 + (-3)
В двоичном коде нам придётся к 9 прибавят ИНВЕРТИРОВАННУЮ 3,а после к результату прибавить единицу
(+1). Причём числа которые выходят за старший разряд мы не учитываем.
http://img20.imageshack.us/img20/8798/88177278.gif

Так же для решения уравнений вам могут понадобиться логические законы
1. Закон ассоциативности
(A /\ B)/\ C = A /\(B /\ C)
(A \/ B)\/ C = A \/(B \/ C)
2. Закон дистрибутивности
(A \/ B) /\ (A \/ C) = A \/ (B /\ C)

Схематичная реализация логических функций
 

Схематичная реализация логических функций

Но всё же до сих пор непонятно, как электричество превращается в 0 и 1.
Всё довольно таки просто. Электрический ток, попадая в компьютер направляется в блок питания, где специально снижается его напряжение.
http://img7.imageshack.us/img7/8827/87212901.gif
Поясню: Ток с напряжением в промежутке [0;0,7] считается «0»,а ток с напряжением в промежутке [2,7;5] считается «1».Так же принято обозначать «0» = «>0,7»,а «1» = «<2,4».
А логические функции в свою очередь принимают вид простейших схем
http://img29.imageshack.us/img29/4826/48325467.gif
Сами эти элементы называются:
Дизъюнктор, конъюктор и инвертор.
К примеру элемент «ИНВЕНТОР»(логическое НЕ)работает так: если на него приходит напряжение «>0,7»,то оно усилятся и выходит «<2,4».И наоборот. То есть точь в точь как по таблице истинности.
Так по таблице истинности работают и остальные схемы.
Но чаще приходится решать уравнения состоящих из множества логических функций.
К примеру
http://img38.imageshack.us/img38/3396/86577105.gif
(Логическую функцию «И» принято не писать в уравнениях, так же как и умножение)
Решение этого уравнения имеет вид:
http://img35.imageshack.us/img35/4011/89154352.gif
Такие схемы называются комбинационными.
Примером сложной комбинационной схемой является сумматор.
Как сделать его схему можно посмотреть здесь

Но одними комбинационными схемами не обойтись, так как у них нет памяти.
А как без памяти реализовать, к примеру, простейшие часы?
Поэтому придумали «Схемы с памятью» прочитать про них можно здесь

Физические основы работы компьютера
 

Физические основы работы компьютера

Как сказал один человек
«античату физика не нужна..»(С)
Но если вам действительно интересно, то скачать очень хорошую, толковую книгу можно здесь

Вот пожалуй и всё, что я хотел вам рассказать.

Статья написана специально для форума Античат by TravnikovRN (C).
Отдельное спасибо Feonor’y.

Keywords:основы работы компьютера, основы работы ЭВМ, как работает компьютер.

2 Mozy молодец , спасиб , зачёт :)

По-моему, это есть в любом учебнике по информатике за 9-ый класс...
...
...
Без комментариев...
Зачем писать статью, когда нет элементарных знаний по теме?

Про основы логики не читал. Боюсь.

ps stopxaker, ты статью читал?
pps дочитал. Информативность статьи крайне низка. Лучше прочитать учебник по информатике.

2 Fata1ex , пусть хоть что то пишут полезное , чем в болталке некоторые флудят годами !

stopxaker, это не полезное а неточное копирование учебника...
а учебник всяко лучше почитать...

Cпасибо :) Содержательная инфо.. правда в учебниках тоже можно найти если кто захочет :)

хм, "Схематичная реализация логических функций" написана крайне плохо...
Значения напряжений указанно для ТТЛ схем, а как же КМОП? Да, 0 и 1 это конечно хорошо, а как же Z состояние (высокоимпендансное), как же без него представлять работу с регистрами и памятью. Автор учи матчасть =)