Πώς η φυσική περιγράφει τα καταστήματα υπολογιστών ψηφιακά δεδομένα στον υπολογιστή;

Ας σπάσουμε τον τρόπο με τον οποίο η φυσική περιγράφει την αποθήκευση ψηφιακών δεδομένων σε υπολογιστές:

Η θεμελιώδης αρχή:bits και τρανζίστορ

* bits: Τα ψηφιακά δεδομένα αντιπροσωπεύονται θεμελιωδώς ως μια σειρά 0s και 1s, γνωστών ως bits.

* τρανζίστορ: Αυτοί είναι μικροσκοπικοί ηλεκτρικοί διακόπτες που αποτελούν την καρδιά της μνήμης του υπολογιστή. Είναι χτισμένα από ημιαγωγούς (όπως πυρίτιο), υλικά που έχουν ηλεκτρική αγωγιμότητα μεταξύ εκείνης ενός αγωγού (όπως ο χαλκός) και ένας μονωτήρας (όπως το γυαλί).

Πώς τα τρανζίστορ αποθηκεύουν bits:

* κατάσταση on/off: Ένα τρανζίστορ μπορεί να είναι σε δύο καταστάσεις:"σε" (διεξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας) ή "off" (μη διεξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας). Αυτές οι καταστάσεις αντιστοιχούν στις δυαδικές τιμές των 1 και 0.

* Αντιπροσωπεύοντας bits: Κάθε τρανζίστορ αποθηκεύει ένα μόνο κομμάτι πληροφοριών. Ένα "1" αντιπροσωπεύεται από το τρανζίστορ που είναι "", και το "0" αντιπροσωπεύεται από αυτό που είναι "μακριά".

Τύποι συσκευών αποθήκευσης:

* RAM (μνήμη τυχαίας πρόσβασης): Χρησιμοποιεί τρανζίστορ για την αποθήκευση δεδομένων προσωρινά ενώ ο υπολογιστής λειτουργεί. Αυτά τα τρανζίστορ έχουν σχεδιαστεί για να αλλάξουν γρήγορα τα κράτη τους.

* Δίσκοι σκληρού δίσκου (HDD): Χρησιμοποιήστε μαγνητικούς δίσκους περιστροφής επικαλυμμένους με μαγνητικό υλικό. Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου σε μια μικρή περιοχή του δίσκου αντιπροσωπεύει ένα 0 ή 1.

* μονάδες στερεάς κατάστασης (SSD): Χρησιμοποιήστε συστοιχίες μνήμης flash, οι οποίες είναι ουσιαστικά ηλεκτρονικά τρανζίστορ που μπορούν να αποθηκεύουν δεδομένα ακόμη και όταν η ισχύς είναι απενεργοποιημένη. Τα τρανζίστορ διατηρούν φορτίο που αντιπροσωπεύει 0 ή 1.

* Οπτική αποθήκευση (CDS, DVDS, Blu-ray): Οι πληροφορίες αποθηκεύονται με τη μορφή κοιλώματος (μικρές εσοχές) και εδάφη (επίπεδες περιοχές) σε δίσκο. Ένα λέιζερ διαβάζει τα δεδομένα ανιχνεύοντας αν το φως αντανακλάται από ένα λάκκο ή μια γη.

Η φυσική πίσω από όλα:

* Ηλεκτρομαγνητισμός: Η λειτουργία των τρανζίστορ και οι σκληροί δίσκοι βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στον ηλεκτρομαγνητισμό. Τα ηλεκτρικά ρεύματα παράγουν μαγνητικά πεδία και τα μαγνητικά πεδία μπορούν να προκαλέσουν ρεύματα.

* Κβαντική μηχανική: Η συμπεριφορά των ηλεκτρονίων σε ημιαγωγούς διέπεται από την κβαντική μηχανική, γεγονός που εξηγεί γιατί τα τρανζίστορ μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν.

* οπτική: Η οπτική αποθήκευση βασίζεται στην αντανάκλαση και τη διασπορά του φωτός.

* Θερμοδυναμική: Η αποθήκευση και η ανάκτηση των δεδομένων δημιουργούν θερμότητα, συνέπεια των νόμων της θερμοδυναμικής.

Συνοπτικά:

Οι υπολογιστές αποθηκεύουν ψηφιακά δεδομένα χρησιμοποιώντας τρανζίστορ για να αντιπροσωπεύουν 0s και 1s. Αυτό επιτυγχάνεται με τον έλεγχο της ροής της ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των τρανζίστορ. Οι διάφοροι τύποι συσκευών αποθήκευσης χρησιμοποιούν διάφορους φυσικούς μηχανισμούς για την αποθήκευση αυτών των δυαδικών τιμών, όλες τις ρίζες των αρχών της φυσικής.