¿Cómo sabe el chip de computadora qué es un 0 y un 1 en el nivel base? [cerrado]

El núcleo de la computadora básica se compone de elementos "binarios" o flip-flops . O FF para abreviar. El elemento tiene dos estados, "flip-left" y "flip-right". Cuando el FF fluye, "la electricidad fluye" de un lado a otro en un proceso rápido de tipo avalancha, un lado asume un alto potencial (voltaje), el otro asume un voltaje "bajo". Cualquiera de los lados de FF se puede considerar como "salida correcta", y todos los FF están siguiendo esta convención arbitraria.

Como resultado, una información se representa como "baja tensión" y "alta tensión", ambas en algún lugar entre la conexión a tierra y la tensión de alimentación. Es importante tener en cuenta que estos dos niveles son bastante distintos, no tienen una distribución de valores "analógica" continua. Eso determina la diferencia fundamental entre la electrónica analógica y digital. Y el FF puede permanecer en este estado siempre que haya tensión de alimentación, a menos que se aplique una patada especial para que el FF pueda cambiar de posición. Estos "elementos de almacenamiento" pueden implementarse de varias maneras diferentes, pero el principio es el mismo: su salida asume un nivel "alto" distintivo o "bajo", con una brecha notable entre estos dos niveles.

Una vez que los niveles están definidos y son distintos, hay elementos que pueden discriminar entre estos dos niveles, al igual que un comparador normal. Si una señal está por encima de algún umbral entre "bajo" y "alto", el resultado se amplifica a "fuerte alto". Esto sería un simple buffer lógico. Se puede decir que la salida tiene un nivel alto "asignado" o "1". Dado que la fuente de alimentación generalmente está limitada a cierto nivel, 1.8V, 3.3V o 5V más antiguos, el voltaje de salida real no va demasiado lejos y permanece dentro del mismo "depósito" de voltaje que en el flip-flop original. Así que tenemos una consistencia en los niveles de voltaje que representan "bajo" y "alto", o "0s" y "1s".

Si la salida se amplifica en dirección opuesta, se llamará "inversor". El siguiente en complejidad es una "puerta" que recibe dos señales de entrada, por lo que una cierta combinación de ellas da como resultado una "salida fuerte". Busque puerta NOR como un ejemplo fundamental.

Por lo tanto, una lógica de computadora "sabe" que es "0" y que es "1" al detectar la diferencia entre dos niveles (por ejemplo, con "búferes" como se describió anteriormente), y cambiar otros FF internos a los estados correspondientes si necesario / instruido Las FF reales son un poco más complicadas que las que se muestran al principio del artículo de Wikipedia, desplácese hacia abajo hasta las FF más útiles llamadas D-flops. Tienen una señal de "reinicio" que permite poner a cada FF en el estado inicial (conocido) y tienen entradas de "habilitación" que permiten distribuir / bloquear señales comunes con discreción.

El resto de una computadora es simple: los FF se agrupan en registros que están conectados a buses de búferes, algunas funciones (un poco más complejas que NOR) están diseñadas, el reloj está en marcha y cuando los códigos de instrucciones se recuperan de la memoria ( tipo similar de matrices flip-flop), las secuencias de operaciones lógicas conducen a los resultados deseados.

¿Esta explicación aborda su preocupación?

No "sabe" nada, simplemente hace lo que hace. Un transistor "encendido" conduce, un transistor "apagado" no lo hace. Construimos patrones a partir de los componentes eléctricos, de tal manera que un determinado patrón de alto y bajo voltaje aquí produce un patrón diferente de alto y bajo voltaje allí un momento luego. Llamamos a los bajos voltajes 0 y los altos voltajes 1, pero a los componentes no les importa cómo los llamamos.

Escogemos una representación de números como 0s y 1s, y luego construimos un circuito de modo que si ponemos la representación de un número A aquí y la representación de otro número B aquí , entonces la representación de A + B sale allí , y decimos que el componente está haciendo una adición, pero todos los electrones saben que están siguiendo un gradiente potencial.

Enganchamos las cosas de modo que cuando el usuario presiona un botón con la imagen "7" en él, una colección de cables adquiera los voltajes altos y bajos forzados en el patrón que decidimos que corresponde al número 7. Nos enganchamos otras cosas para que los voltajes en otra colección de cables se enciendan y apaguen las lámparas pequeñas en el patrón correcto para obtener una imagen del número que representan esos cables. Ahora nos tenemos ... bueno, una calculadora realmente, pero estamos en camino a una computadora.