Πώς λειτουργούν οι υπολογιστές στο πιο βασικό επίπεδο;

Στο πιο βασικό επίπεδο, οι υπολογιστές εργάζονται με το χειρισμό bits . Λίγο είναι η μικρότερη μονάδα δεδομένων, που αντιπροσωπεύει είτε ένα 0 είτε ένα 1. Όλα όσα κάνει ένας υπολογιστής - από την εμφάνιση εικόνων σε τρέχουσες σύνθετες προσομοιώσεις - βράζει σε απίστευτα γρήγορες ακολουθίες χειρισμού αυτών των 0s και 1s.

Εδώ είναι μια κατανομή:

1. Hardware: Τα φυσικά στοιχεία του υπολογιστή, συμπεριλαμβανομένων:

* Κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU): Ο "εγκέφαλος" του υπολογιστή. Παίρνει οδηγίες (κωδικοποιημένες ως bits), τις αποκωδικοποιεί και τις εκτελεί. Αυτή η εκτέλεση περιλαμβάνει την εκτέλεση βασικών λειτουργιών σε κομμάτια, όπως την προσθήκη, την αφαίρεση, τη σύγκριση και τη μετακίνηση τους.

* μνήμη (μνήμη RAM): Αποθηκεύει δεδομένα και οδηγίες που η CPU πρέπει να έχει πρόσβαση γρήγορα. Αυτά τα δεδομένα αντιπροσωπεύονται επίσης ως bits.

* Αποθήκευση (σκληρός δίσκος, SSD): Αποθηκεύει επίμονα τα δεδομένα, ακόμη και όταν ο υπολογιστής είναι απενεργοποιημένος. Και πάλι, όλα είναι κομμάτια.

* Συσκευές εισόδου/εξόδου (I/O): Επιτρέψτε την αλληλεπίδραση με τον υπολογιστή (πληκτρολόγιο, ποντίκι, οθόνη κ.λπ.). Αυτές οι συσκευές μεταφράζουν τις ενέργειες και τα δεδομένα των χρηστών σε bits και αντίστροφα.

2. Οδηγίες (κωδικός μηχανής): Η CPU κατανοεί τις οδηγίες γραμμένες στον κώδικα μηχανής-μια γλώσσα προγραμματισμού χαμηλού επιπέδου που αντιπροσωπεύει άμεσα τις λειτουργίες που μπορεί να εκτελέσει η CPU. Αυτές οι οδηγίες είναι ακολουθίες των bits που λένε στην CPU τι να κάνει.

3. Λογικές πύλες: Στο επίκεντρο της CPU υπάρχουν λογικές πύλες, μικροσκοπικά ηλεκτρονικά κυκλώματα που εκτελούν βασικές λογικές λειτουργίες σε bits. Αυτές οι λειτουργίες βασίζονται στην άλγεβρα Boolean (και, ή όχι, κλπ.). Συνδυάζοντας αυτές τις πύλες με σύνθετους τρόπους, η CPU μπορεί να εκτελέσει πολύ πιο εξελιγμένες λειτουργίες.

4. Αυτή είναι η θεμελιώδης διαδικασία που επαναλαμβάνεται η CPU:

* fetch: Η CPU ανακτά μια εντολή από τη μνήμη.

* Αποκάλυψη: Η CPU ερμηνεύει την εντολή να κατανοήσει ποια λειτουργία θα εκτελέσει και πού να βρείτε τα δεδομένα.

* Εκτέλεση: Η CPU εκτελεί τη λειτουργία.

* Επαναλάβετε: Ο κύκλος ξεκινά ξανά με την επόμενη εντολή.

Στην ουσία, ένας υπολογιστής είναι ένα μαζικά παράλληλο σύστημα απίστευτα γρήγορων διακοπτών (τρανζίστορ) που ενεργοποιούν (1) και απενεργοποιούν (0) σε εξαιρετικά ακριβείς ακολουθίες, ακολουθώντας τις οδηγίες που κωδικοποιούνται ως μοτίβα bit. Αυτές οι ακολουθίες, σε υψηλότερο επίπεδο, μεταφράζονται στα προγράμματα και τις εφαρμογές που χρησιμοποιούμε. Η πολυπλοκότητα προκύπτει από τον τεράστιο αριθμό των δυαδικών ψηφίων και τις περίπλοκες ρυθμίσεις των λογικών πύλων και οδηγιών, αλλά η θεμελιώδης αρχή παραμένει ο χειρισμός των 0s και 1s.