Tietokone - kuinka toimii?

Seuraa 
Viestejä9265
Liittynyt10.12.2006

Osaako joku selittää, kuinka tietokone ihan käytännössä siellä transistoritasolla toimii? Esim sitä kautta voisi lähteä avaamaan asiaa että millainen olisi yksinkertaisin mahdollinen tietokone, ja sitten sitä hieman kehitetty versio jne.. se transistoreissa syntyvä laskukyky minua eniten ihmetyttää, kuinka ne saadaan laskemaan?

くそっ!

Kommentit (11)

Vierailija

http://fi.wikipedia.org/wiki/Looginen_portti

Siinä..

Nuo portit tehdään transistoreilla jotka kytkevät johtimia joko käyttöjännitteeseen tai maihin.. Maa on nolla ja käytöjännite ykkönen..

sit opettelet boolean algebran ni siinähän tuo..

Esimerkiksi kaikkein yksinkertaisin looginen portti, invertteri, saadaan kahdella transistorilla toteutetto. toinen on PMOS ja toinen NMOS.

ne kytketään nin että molempien ulostulos on samassa pisteessä ja PMOS toinen pää käyttöjännitteessä. NMOS toinen pää taas maissa. Ja niiden hilat kytkettyinä samaan sisääntulojohtimeen

Kun ko porttiin tuleva johdin on kytketty maihin aukea PMOS kytkee ulostulonsa käyttöjännitteeseen ja toisinpäin jos johdin on käyttöjännitteessä niin NMOS aukeaa ja ulostulo kytkeytyy maihin..

näinhän invertteri toimii sinne tuodaan 0 (maa) ja sieltä tulee ulos 1 (käyttis)

http://fi.wikipedia.org/wiki/Digitaalipiiri

Tossa vielä hiukan lisää

MaKo71
Seuraa 
Viestejä1467
Liittynyt15.11.2006
Ronron
Osaako joku selittää, kuinka tietokone ihan käytännössä siellä transistoritasolla toimii? Esim sitä kautta voisi lähteä avaamaan asiaa että millainen olisi yksinkertaisin mahdollinen tietokone, ja sitten sitä hieman kehitetty versio jne.. se transistoreissa syntyvä laskukyky minua eniten ihmetyttää, kuinka ne saadaan laskemaan?



Voin yrittää. Transistorien "laskukyky" syntyy siitä, että niillä voidaan toteuttaa Boolen algebran laskutoimituksia (siis AND:in ja OR:in kaltaisia bittioperaatioita). Boolen algebrassa on muutamia sellaisia operaatioita, joita yhteen liittämällä voidaan toteuttaa loputkin. Transistoreilla toteutetaan NAND- ja/tai NOR-operaatiot. Riippuu käytettävästä puolijohdeteknologiasta (NMOS, PMOS, CMOS, ...), kumpi vai molemmat.

Jos tutkit NAND-operaation toteutusta transistorilla ja ymmärrät sen, niin olet ymmärtänyt kuinka tietokone transistoritasolla toimii. Tietysti yksittäisestä NAND-operaatiosta on pitkä matka toimivaan tietokoneeseen, mutta siinä vaiheessa kuvaan astuu mukaan Boolen algebra, kombinaatiologiikka ja digitaalitekniikka. Kun etenee kombinaatiologiikasta sekvenssipiireihin, on varmaan saanut jo hyvän käsityksen siitä, kuinka tietokone toimii.

Lisäys: ajattelin, että jos haluat tutkia sitä, kuinka tietokone oikein saadaan laskemaan, niin silloin voisi todellakin lähteä liikkeelle jostain yksinkertaisesta prosessorista. Yksinkertaistettuna, yksinkertaisen prosessorin sisällä on nk. ALU (Aritmeettis-Looginen yksikkö):

http://en.wikipedia.org/wiki/Arithmetic_logic_unit

ALU on sellainen porttipiireistä kasattu logiikkapiiri (kombinaatiologiikkaa), joka osaa suorittaa joitain yksinkertaisia laskutoimituksia kahdelle luvulle (A ja B). Se, minkä laskutoimituksen ALU tekee, määräytyy erillisten ohjaustulon tilan perusteella (kaaviokuvassa F).

Prosessorin muut osat huolehtivat sitten noiden laskettavien lukujen hausta, ALU:n funktion (laskutoimituksen) valinnasta ja tulosten tallentamisesta. Se, mitä milloinkin tehdään, määräytyy muistiin tallennetun ohjelman perusteella. Prosessori noutaa muistista yhden käskyn, suorittaa sen ja hakee seuraavan.

Vierailija

Sekmentti numeronäytön saaminen esittämään kaikki numerot on hyvä alkeisharjoitus koostaa loogisia portteja ja seuraavaksi sieventää ne minimiin.

Ueberweg
Seuraa 
Viestejä1167
Liittynyt12.9.2008
MaKo71
Boolen algebrassa on muutamia sellaisia operaatioita, joita yhteen liittämällä voidaan toteuttaa loputkin. Transistoreilla toteutetaan NAND- ja/tai NOR-operaatiot. Riippuu käytettävästä puolijohdeteknologiasta (NMOS, PMOS, CMOS, ...), kumpi vai molemmat.

Ihan hyvä, mutta NANDin tai NORin lisäksi ei tarvita muita operaatioita: niiden kummankin avulla yksinään pystytään ilmaisemaan kaikki totuusfunktiot.

MaKo71
Seuraa 
Viestejä1467
Liittynyt15.11.2006
Sahrah
Miten muisti toimii transistori tasolla?



Muisteja on paljon erilaisia. Jos tarkoitat RAM-muistia, niin tietokoneissa yleisesti käytetään kahta päätyyppiä, DRAM:ia (Dynamic RAM) ja SRAM:ia (Static RAM). (Perinteisessä) DRAM:ssa tieto yhdestä transistorista koostuvan muistisolun tilasta ladataan kondensaattoriin, jota on ladattava uudelleen aina väliajoin ("virkistettävä").

(Perinteisessä) SRAM:ssa muistisolu koostuu useammasta transistorista (kuusi, kahdeksan, kymmenenkin) rakennetuista kiikkupiireistä, jotka säilyttävät tilansa niin kauan, kun virta on kytketty.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Muisti_(tietokone)
http://fi.wikipedia.org/wiki/SRAM
http://fi.wikipedia.org/wiki/DRAM

En tähän hätään löytänyt kytkentäkaavioita. Varmaan jostain googlesta löytyisi, ja jos ei löydy, niin kirjastoista löytyy todennäköisesti jokin mikroelektroniikan kirja kytkentäkaavioineen.

Lisäys: Näköjään englanninkielisestä Wikistä löytyivät kytkentäkaaviotkin:

http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_ra ... ess_memory
http://en.wikipedia.org/wiki/Static_ran ... ess_memory

Vierailija

Hihii..

aivan suoraan yliopiston mikrolektroniikan kurssikirjasta noi kuvat..

oi niitä aikoja..

Noista tuli muuten tentissä piirretty "leiskat", eli kuvat miten mikäkin muistisolu on muodostettu eli misä menee metalloinnit ja eristeet ja P-tyypin johtavat alueet ja N-tyypin johtavat alueet jne..
5 eri kerrosta metallia ja sit oli annettu pinta-ala mihin noi transistorirakenteet piti sijoittaa..

Lisäsk piti selittää miten noi toimii..
siellähän on bittilinja ja enable linja ja write linja

abskissa
Seuraa 
Viestejä3654
Liittynyt9.10.2008

Pelkästään elektroniikkaan tai digitaalilogiikkaan perehtymällä ei vielä saa kovin hyvää kokonaiskuvaa siitä, miten tietokone käytännössä toimii. Assembler-ohjelmoinnilla saa siihen jonkinlaista tuntumaa.

Silmiin sattuu joka kerta, kun Boolen algebra samaistetaan {0, 1}-algebraan, kuten tässä asiayhteydessä aina tehdään. Onhan sekin eräs Boolen algebra, mutta silti.

We're all mad here.

Alex
Seuraa 
Viestejä486
Liittynyt2.1.2006

Lyhyt kysymys, johon vähänkään täydellisemmän vastaamisen kirjoittaminen vaatisi muutaman kymmenen tuhatta sanaa.

Jos on asiasta vakavemmin kiinnostunut, kannattaa tilata vaikka Amazonista seuraava kirja, jossa käydään kaikki asiat suhteellisen perusteellisesti läpi:
http://www.amazon.com/Computer-Organiza ... 882&sr=8-1

Hieman spesifisempään kysymykseen voisi vastauksen kirjoittaa.

--

Saw
Seuraa 
Viestejä6251
Liittynyt20.6.2009

Kannattaa myös tutustua teoreettisiin värkkeihin, kuten Turingin koneeseen. Algoritmeja tutkimalla sitten ymmärtää, mitä tehtäviä koneella teetetään.

Young man, there's a place you can go.
I said, young man, when you're short on your dough.
You can stay there, and I'm sure you will find
Many ways to have a good time.

It's fun to stay at the Y.M.C.A.
It's fun to stay at the Y.M.C.A.

Uusimmat

Suosituimmat