Важность двоичных чисел в вычислениях
Двоичные числа состоят только из двух цифр, 0 и 1. Это кажется очень неэффективным и простым для нас, людей, которые привыкли работать с основанием 10, но для компьютера идеальная система счисления — 2, или двоичная. Это потому, что все вычисления в компьютере основаны на миллионах транзисторов, которые либо находятся во включенном, либо в выключенном состоянии. Итак, у нас есть 0 для выключения и 1 для включения. Но само по себе это не очень интересно или полезно. Включенный или выключенный переключатель ни о чем нам не говорит и не позволяет нам вообще выполнять какие-либо математические вычисления, для чего, в конце концов, и нужны компьютеры.
Чтобы сделать что-нибудь полезное, мы должны сгруппировать наши переключатели (называемые битами) во что-то большее. Например, восемь бит становятся байтом, и, меняя положение битов, 1 или 0, мы получаем 256 комбинаций. Внезапно у нас есть что-то полезное, с чем мы можем работать. Так получилось, что теперь мы можем использовать любое число до 255 (мы теряем одно, потому что 0 считается числом) для нашей математики, а если мы используем два байта, количество комбинаций для наших шестнадцати битов становится 65 536. Довольно поразительно, учитывая, что мы говорим только о шестнадцати транзисторах.
Теперь, в современных компьютерах, центральный процессор может иметь до миллиарда транзисторов. Это 1000 миллионов переключателей, работающих вместе со скоростью, близкой к скорости света, и если мы можем сосчитать до шестидесяти пяти тысяч только с шестнадцатью транзисторами, тогда подумайте, чего мы можем достичь с миллиардом.
Но в наши дни многие люди забыли основы компьютерного процессора. Для многих это просто микросхема, которую вы вставляете в материнскую плату. Не думают о том, сколько вычислений происходит внутри процессора, даже просто чтобы прочитать статью, которую вы читаете прямо сейчас. Вероятно, это связано с тем, что размер этих транзисторов сейчас настолько мал, что вам действительно нужен микроскоп, чтобы их увидеть, и они могут быть помещены в процессорное ядро настолько маленького размера, что провода, соединяющие их все вместе, во много раз тоньше человеческого волоса. . Даже сейчас ученые Кремниевой долины работают над тем, как разместить еще больше транзисторов в одном пространстве, чтобы каждый из них был едва ли больше атома.
Все это становится еще более удивительным, когда мы возвращаемся к тем временам, когда появились первые компьютеры. Простому процессору потребовалось бы целое здание, а не просто небольшой квадрат всего в несколько сантиметров в поперечнике, и эти чудовища были для сравнения очень маломощными, возможно, способными выполнять всего 70 тысяч инструкций в секунду в 1970-х годах, но все же уже сегодня в триллионы. Но, в конце концов, все это делается с помощью миллиардов крошечных переключателей, включенных и выключенных, 0 и 1.
