Устройство электронно-вычислительной машины#

Вся история вычислительной техники это попытки заставить изобретение Эдисона приносить больше пользы, чем уличное освещение.

Диод#

Первый диод случайно изобрел Эдисон, когда внутрь вакуумной лампы накаливания поместил металлическую пластину с выведенным наружу контактом. Вдруг оказалось, что вакуум, считавшийся до тех пор изолятором, проводит ток. Но строго в одну сторону — от горячего проводника к холодному. Это явление называется термоэлектронной эмиссией.

Потом были изобретены полупроводниковые диоды с другим принципом работы, но главное — ток внутри диода может двигаться только в одну сторону.

Триод#

Если на пути потока электронов от горячего проводника к холодному разместить металлическую сетку и вывести наружу третий контакт, то мы получим триод — то, что лежит в основе ламповых усилителей. Большой постоянный ток, маленький переменный — и мы получаем большой переменный ток, усиленную версию первоначального сигнала.

Компаратор#

Компаратор — это схема из двух триодов, которая сравнивает произвольный ток на одном входе с эталонным на другом и на выход подает либо эталонный ток, либо его отсутствие. Это как точка и тире в азбуке Морзе — для передачи осмысленного сообщения двух сигналов достаточно¹.

Только здесь это будут не точки и тире, а перепад напряжения в 5V.

Логические схемы#

Схема с двумя входами и одним выходом называется сумматором, если сигнал на выход появляется тогда, когда он есть хотя бы на одном входе.

Схема с двумя входами и одним выходом называется мультиплексором, если сигнал на выходе появляется только тогда, когда он подается на оба входа.

Схема, которая получает один сигнал, а выдает другой, называется инвертором.

Триггер#

Это электрическая схема, которая способна быть в двух состояниях и между ними переключаться. Между переключениями триггер помнит свое состояние. Ту “морзянку”, которую порождают логические схемы, триггеры запоминают.

Несколько триггеров, собранных вместе называются регистрами. Регистр предназначен, чтобы хранить больше информации, чем просто 0 и 1.

Устройство из регистров и логических схем и есть процессор. Все, что он умеет - это работать с сигналами в регистрах, складывать, инвертировать, умножать. Но это самая главная часть электронно-вычислительной машины, её “мозг”.

Без внешних устройств вычислительная машина подобна мозгу без “рук” и “глаз”. Внешние устройства нужны для того, чтобы внутрь поступали исходные данные для вычислений, а наружу - результат этих вычислений.