När vi säger att datorer ”pratar” med ettor och nollor menar vi att all information och alla instruktioner i grunden representeras med binära tal. Även matematiska beräkningar utförs med hjälp av dessa binära värden.
Förklaringen till detta finns i datorns elektroniska uppbyggnad. Datorns komponenter arbetar med elektrisk energi, där ström antingen finns eller inte finns. Dessa två tillstånd kan tolkas som:
- 1 – ström
- 0 – ingen ström
Redan från vägguttaget, där växelspänning på cirka 230 volt används, omvandlas energin i datorns nätaggregat till låga likspänningar (till exempel +12 V och +5 V). Dessa spänningar regleras sedan mycket noggrant av elektroniska komponenter, framför allt transistorer.
Transistorer var ett tekniskt genombrott inom elektronik under mitten av 1900-talet. De ersatte vakuumrör och gjorde det möjligt att bygga datorer som var:
- mindre
- snabbare
- energisnålare
- mer tillförlitliga
Från tidiga datorer som ENIAC till dagens datorer, mobiltelefoner och annan elektronik har transistorer krympt till nanometerskala. Moderna kretsar innehåller idag miljarder transistorer på ett enda chip.
Moores lag
Under årtionden har antalet små transistorer i integrerade kretsar fördubblats vartannat år. Detta fenomen är känt som Moores lag, vilket innebär att fler transistorer i datorer resulterar i snabbare och kraftfullare datorer. Essensen av Moores lag kan sammanfattas på följande sätt:
- Antalet transistorer i integrerade kretsar fördubblas vartannat år.
- Fler transistorer i integrerade kretsar leder till lägre kostnad per transistor.
- Denna princip, känd sedan 1965 som Moores lag, har drivit utvecklingen av snabbare och kraftfullare datorer genom att öka antalet transistorer på kretsarna.
Det övre diagrammet visar hur transistorers storlek har minskat från 1950 till 2020. Den orange linjen illustrerar den långsiktiga och kontinuerliga minskningen i storlek över tid.
Det nedre diagrammet visar hur antalet transistorer per chip har ökat under samma period. Den orange kurvan representerar den exponentiella tillväxt som länge präglade utvecklingen.
Moores lag har varit en stark drivkraft bakom utvecklingen av allt snabbare och kraftfullare datorer. Under de senaste åren har dock denna utveckling bromsats, främst på grund av fysikens begränsningar. Transistorer kan inte göras hur små som helst utan att problem uppstår, till exempel värmeutveckling och läckströmmar.
Idag fortsätter utvecklingen, men inte längre enbart genom att öka antalet transistorer. Istället används nya tekniker, såsom parallell bearbetning, fler kärnor och specialiserade kretsar.
Logiska grindar och maskinspråk
Transistorer används för att skapa logiska grindar, små elektroniska kretsar som avgör hur signaler ska behandlas. Grindarna tar emot insignaler och ger en utsignal baserat på logiska regler.
- strong>1 – ström
- 0 – ingen ström
Detta är grunden för datorns maskinspråk. Alla program, beräkningar och beslut i datorn kan till slut brytas ned till kombinationer av dessa grindar.
Viktiga begrepp:
Här är några centrala aspekter relaterade till användningen av grindar:
- En bit är en enda etta eller nolla.
- En bit är den minsta informationsmängd en dator kan hantera.
- Åtta bitar bildar en byte (ibland kallad oktett).