Основы машинной грамотности (ОМГ) от kha0s'а №1

[khaos]

Шозанах спросите вы. Все просто, меня уже задолбало проводить с каждым желающим "о круто а как мне стать ниибаца программистом" личные консультации, засыпая тоннами этого флуда потока сознания сервера ICQ и скайпа, так что я решил систематизировать мои знания и создать пару УГстатей, на которые я смогу невозбранно направлять вопрошающих. Также советую ознакомиться с материалом в целях общего развития, даже если вы не хотите взломать Пентагон или сделать Скайнет.

И прежде чем вы сможете взломать блог Медведева или написать программу, вызывающую блекджек и шлюх просто необходимо знать, как же, собственно, работает эта гребаная железяка. Да, без этого некуда.

Предупреждаю, букав много, но читать надо до конца. Я постарался как можно проще и с осязаемыми примерами изложить эту тему.


Память

Итак, давным-давно в не очень далекой галактике компьютеры были ну просто пипец какими большими, а программы "писались" как показано на картинке сверху - перетыканием штекеров на наборной таблице. Даже хуже - вместо памяти (чуть попозже) использовались огромные ферромагнитные бабищибобины, чей объем немногим больше объема памяти сливного бочка.
Сейчас прогресс, безусловно, шагнул далеко, теперь мы можем наслаждаться гигабайтами видео, музыки, порева (или чего там еще вам придет в голову). Однако принцип работы памяти, как второго по значимости (после процессора) элемента компьютера так и не изменился с тех пор.

Транзисторы, или хлеб, соль, вода, сон и секс современных технологий
Многие знают, что в современный век из транзисторов не состоит разве что сельская параша, но что это такое на самом деле знают немногие. А ведь эти элементы настолько же простые, как презервативы Гусарские.

Транзистор - полупроводниковый элемент с тремя входовыходами, напряжение на одном из входов которого контролирует ток между двумя другими (спасибо учебнику по теории полупроводников).
По сути это такой электрический кран - есть две дырки (сток и исток или эмиттер и коллектор), через которые текут электроны, а напряжение или ток на третьем выходе (база) регулирует "затвор" и делает поток электронов то меньше, то больше.

(на самом деле да простят меня радиолюбители - эти две дырки могут быть не обязательно коллектором и эмиттером, а контролирующий - не обязательно базой, аффтар статьи знаком с разными схемами включения этой фигни, так что давайте без срача)

Вот такой вот простой жбан сделал такую революцию.

Раньше эти штуки были огромными, как яйца слона. Но теперь их, вместе с конденсаторами, резисторами и диодами. в буквальном смысле выжигают ультрафиолетом на кремниевых кристаллах. Как ни странно, в электронике вообще почти не попадаются другие элементы. Да-да, все процессоры, память и прочее состоят ТОЛЬКО из них, в миллиардах мозгоубийственных комбинаций.

Что до конденсаторов, то, не вдаваясь во всякий еретический бред укурившегося электроника (типа интегрирующих свойств, частотности и прочего), можно назвать их такой батарейкой (с определенной, обычно очень маленькой емкостью). Присоединили к нему два провода - он зарядился, присоединили его потом в цепь - он спустил свой заряд, создав на концах то напряжение, которым его заряжали.

Кружок "Юный радиотехник"
Теперь, когда мы узнали так много надо... нет, не пойти выпендриваться знаниями перед школьными пацанами, а поближе рассмотреть устройство компьютерной памяти. Вот так выглядит одна ячейка современной DRAM памяти:

Представьте, 8 гигабайт оперативы это 8 миллиардов таких вот микроскопических ячеек. Каждая из них хранит 1 бит, т.е. ноль или единицу - 1 если на конденсаторе есть заряд, 0 - если нет. В состоянии покоя на линию строк подается запрещающий уровень напряжения (тут уже зависит от реализации транзистора - это может быть как логический 0, так и 1, что используется чаще) и транзистор, как и все его соседи в этой же строке заперты и на линии столбцов напряжение равно нулю. Как только на строку подается разрешающий уровень - транзистор соединяет конденсатор (на котором и хранится значение) с линией столбцов и ее охватывает его напряжение, т.е. если на конденсаторе был ноль - на линии столбцов тоже будет ноль, а если 1, то 1.
Таким образом мы, на линии столбцов можем считать значение на конденсаторе ячейки.

Теперь представим, что в одной строке у нас 100500 таких вот элементов, соединим все 100500 полученных линий столбцов в одну шину данных. Тогда, подав на строку разрешающее напряжение мы считаем ее всю сразу, т.е. все значения всех столбцов этой строки.

А теперь расширим нашу самодельную память несколькими строками. Но теперь, если нам надо прочитать сразу две строки возникает проблема - шина столбцов-то у нас одна на все строки. "Винни, Винни, что же нам делать?!" - "Спокойно, свинья, мы будем выбирать строки по очереди."
Т.е. чтобы выбрать сразу две строки мы должны сначала подать разрешающее напряжение на первую строку, прочитать ее значения, затем на вторую и так далее.

Наверное, вы уже не удивитесь, если я скажу, что именно так и работает современная компьютерная память. С одной поправкой - она делится на модули - такие квадратики на планках оперативной памяти. В каждом таком модуле сделана именная такая сетка, но при таком разделении мы можем считывать строки из разных модулей одновременно.

Сердце электроники
Нет, это не процессор. Это - тактовые генераторы. А сердце потому, что именно они производят "биение", по которому и работают различные элементы схемы. Мой рассказ был бы не полным, без их упоминания. Капитан Очевидность намекает: тактовые генераторы занимаются тем, что генерируют тактовые импульсы, то самое биение. В примере с сеткой памяти выше мы последовательно переключались между разными строками. Но откуда нам знать, когда нужно переключится и что даст толчок к этому переключению? Ответ: таки да, а как вы догадались?

Когда ваш кореш по алкогольным марафонам говорит "у меня стопицотый пень с тактовой частотой 4 гигагерца, а у тебя всего какой-то i7 с 2.6", он не прав. Потому, что тактовая частота процессора - это именно частота внутреннего тактового генератора, по тикам которого и происходят различные переключения внутри. Конечно, чем выше тактовая частота, тем быстрее срабатывают всякие счетчики, однако это НЕ является показателем производительности.

На словах сложно описать, какую значимую функцию они выполняют. Например, в примере с памятью нам нужно знать, когда считывать данные с шины столбцов, ведь если ни одна строка не активна, то и читать нечего. Выход прост, мы подаем тактовый импульс на нужную нам сейчас линию строк и одновременно с этим (на том же импульсе) считываем значения.

К тому же есть такие хитрожопые элементы, как триггеры, которые меняют свое значение, при подаче сигнала. Представьте, если мы просто подадим на них сигнал, то они просто начнут очень быстро переключаться и мы так и не сможем установить на них нужное нам значение. А вот подав быстрый тактовый импульс, мы их легко сможем переключать так, как нам нужно.

Чтобы еще красочней представить эту картину вообразите, что номер строки, которую мы сейчас считываем хранится в каком-нибудь блоке триггеров. С тактовым генератором мы можем аки электрик Василий бухать, чинить трансформатор и совокупляться с тетей Лидой одновременно - с приходом тактового импульса мы одновременно "включаем" нужную нам строку, считываем значение и переключаем триггер. И все это одним таким импульсом.


P/S. Прошу прощения за нарастающую УГшность в конце, у меня жутко болит голова, а допилить хотелось.
Продолжение следует.

[Elantir]

мммммм...слабоват я в физике. мне как то больше по душе биология и химия. но все равно благодарность за труд

[Devilar]

Я конечно нихуя не понял,но материальчик интересный.
Транзисторы,хуебоблеры,это не мое.

[Akte]

Только вопрос.. Я так понял, вместо букаф "Вложение4342" должна быть картинка? Но ее нэт Оо Тыкая на ссылку , пишет - вы промахнулись, нету тут такого. Вот как то так

Upd.После 500го обновления страницы - он все таки выдал долгожданные изображения

[[Бля] Powerman]

вспоминаю 2 и 3 курс, где мы проходили транзисторы с p n p и n p n переходами, таже работу различных диодов с pn переходом и тд.удивляет что даже чтото вспоминаю еще, хотя давно это было

---------- Post added at 01:46 ---------- Previous post was at 01:45 ----------

Сообщение от Andruxa

мммммм...слабоват я в физике. мне как то больше по душе биология и химия. но все равно благодарность за труд

это уже не физика,это наука называется электроника,хотя конечноже относится к разделу физики,но всеже отдельная.

---------- Post added at 01:48 ---------- Previous post was at 01:46 ----------

кстати транзисторы используются как усилители мощности, сори если хаус уже это написал,а я не прочел

[RwDшка.]

чё за поебота? ёптэ

[6YJIb]

ёпт не для моих мозгов дело...

[AgroSol1d]

Сообщение от RwDшка.

чё за поебота? ёптэ

по идее это я просил)

[RwDшка.]

Сообщение от Solidsnakers

по идее это я просил)

Где?

[AgroSol1d]

Сообщение от RwDшка.

Где?

кого?