Quantenmechanik in Klassisches Rechnen
Der klassische Computer
Wie funktioniert ein Computer?! Das haben Sie sich wahrscheinlich schon oft gefragt! Wenn nicht, werden wir heute sehen, wie ein herkömmlicher Computer (klassischer Computer) funktioniert. Und dann werden wir seine Funktionsweise mit der Physik parallelisieren.
denn es ist keine Überraschung zum Niemand Ein Computer funktioniert nicht ohne Strom. Dies ist der Hauptpunkt aller Berechnungen, des elektrischen Stroms, der Schaltungen und folglich sind wir es ziehen um mit Elektronen! Ja, dieser Selige wird in unserem wieder auftauchen Thema lol
Die Struktur eines gewöhnlichen Computers, hauptsächlich der sogenannten "Desktops" (Desktop-Computer), hat normalerweise das Gehäuse, den Monitor, die Tastatur und die Maus, wie unten gezeigt:
Was wir genauer untersuchen wollen, finden Sie in der Komponente "Cabinet" genannt, wo ist die CPU, was aus dem Englischen übersetzt bedeutet (Central Processing Unit), dh wo sich der Prozessor befindet. Und was ist ein Prozessor?? Der Prozessor ist einer von Komponenten wichtigsten Aspekte des Computers, ohne ihn würden Sie einfach nichts tun, nur ein Stück Metall vor sich.
Wir können den Prozessor als das "Gehirn" des Computers betrachten, er ist für die Verarbeitung aller Arten von Daten verantwortlich Informationen, die auf Wunsch des Benutzers erforderlich sind, vom Klicken auf die Taste, Bewegen der Maus über die Tabelle bis zum Erstellen des Bildes auf Ihrem Monitor, alles dass die Der Prozessor ist dafür verantwortlich, dies in Sekundenbruchteilen zu tun Millisekunden . ein cooles beispiel zum Sehen wir uns das folgende Video an:
HAHAHA! Auf eine sehr spielerische Weise, ja, der Prozessor macht ALLES! ALLES, damit die Dinge im Computer funktionieren.
Die Frage ist, wie macht er das? Der Prozessor ist nichts anderes als ein Taschenrechner! Und die Geschwindigkeit, mit der er diese Berechnungen durchführt, hängt mit der zusammen namens „Uhr“, was wir mit anderen Worten wörtlich mit „Zähler/Zähler“ übersetzen können.
Wenn Sie also in einem Geschäft einen Computer kaufen und lesen oder der Verkäufer Ihnen sagt, dass der Prozessor dieses Computers 1,2 GHz oder 2,5 GHz hat, sagt er eigentlich, dass dieser Prozessor in der Lage ist, Berechnungen durchzuführen Wörter , 1,2 GHz = 1.200.000.000, d.h. 1 Milliarde und 200 Millionen Berechnungen pro Sekunde), oder als 2,5 GHz (2 Milliarden und 500 Millionen Berechnungen pro Sekunde) Je höher die Zahl in Hz (Hertz), desto höher die Rechengeschwindigkeit des Prozessors, folglich eine sehr schnelle Maschine zur Ausführung von Aufgaben.
Oh, Sie fragen sich sicher … „Ist der Prozessor ein Taschenrechner? Aber huh?!?". Das ist richtig! Der Unterschied ist, dass der Prozessor eine andere Berechnung durchführt, als Sie sich wahrscheinlich vorstellen. Er wurde entwickelt zum Führen Sie die sogenannte Binärrechnung durch, das heißt, es wird eine Zahlenfolge von Nullen und Einsen (Nullen und Einsen) gezählt. So was?!
Jede Funktion oder Aktion, die wir auf unserem Computer, Handy, Tablet ausführen, alles, was einen Prozessor betrifft, wird es diese geben binäre Berechnungen, und die Art und Weise, wie sie funktionieren, ist wie folgt.
Angenommen, wir möchten auf unserem Gerät einen Text schreiben, wenn wir eine Taste drücken oder die Maus bewegen, egal welche Aktion, diese Informationen werden weitergegeben eine numerische Folge für den Prozessor in Form von elektrischem Strom in Bruchteilen von Sekunden, wenn Strom vorhanden ist, interpretiert der Prozessor ihn als 1 (Eins) und wenn er nicht vorhanden ist, interpretiert er ihn als 0 (Null).
So drücken wir zum Beispiel den Buchstaben A auf der Tastatur, und da nichts auf dem Computer ohne Software (ein Programm) läuft, insbesondere das Basisprogramm alles zum laufen zu bringen und das zu vermitteln Interaktion des Prozessors mit dem Benutzer, der das Betriebssystem (Betriebssystem) ist, ist bereits darin enthalten, dass beim Drücken von A , die Zahlenfolge, die für den Prozessor generiert werden muss, wäre beispielsweise: 01101001
Für uns hat das keine eindeutige Bedeutung, für den Verarbeiter aber schon! Genau das macht die Software, sie nimmt eine Aktion oder einen Befehl von uns und sendet sie an den Prozessor, und diese Folge von abwechselnden Zahlen von 0 und 1 Wie zum Beispiel oben angegeben, wird der Prozessor das als A verstehen, und innerhalb von Millisekunden führt er die Berechnungen durch und kehrt zu der Textsoftware (Word, Notepad usw.) zurück, zu der die vom Benutzer (Sie) durchgeführte Aktion gehörte Drücken Sie den Buchstaben A.
Ja! Ich denke, mit diesem Beispiel, das Sie bereits gegeben haben zum Stellen Sie sich die Komplexität vor und Bedeutung des Prozessors in der Elektronik. Aber die Absicht hier bist nicht du tun Um genau zu verstehen, wie ein Computer funktioniert, ist es nicht nur der Prozessor, der all dies tut, es gibt natürlich mehrere andere Komponenten, die all diese Komplexität vermitteln, die unsere Maschinen leisten, ohne sich um all das kümmern zu wollen, was in diesen Metallhüllen passiert und Plastik lol. Wie üblich wird unten ein Video sein, das erklärt, was Binärcode ist, nur aus Neugier! Es werden auch einige interessante Informationen in der Erklärung hier weggelassen, also bleibt dran :)
OK! Hübsch! Aber was hat die Quantenmechanik damit zu tun? Der Elektromagnetismus untersucht auch Ströme, Schaltkreise und Elektronen. Wäre diese Theorie allein nicht in der Lage, einen Prozessor zu erschaffen? Die einfache und kurze Antwort ist NEIN!
Die Quantenmechanik betritt bereits die grundlegende Frage der Schaffung jeglicher Art von Elektronik, des Materials, das hergestellt wird. Es ist nicht irgendeine Platine, die Verbindungsdrähte platziert und verursacht Downloads elektrisch, ist ein spezifisches Material, in dem es weder ein Leiter noch ein Isolator ist, es ist ein Halbleiter. Nicht nur das Material selbst, sondern auch die Geometrie und Form der Komponenten sind atomar auf das Beste ausgelegt Verarbeitungseffizienz. Damit wir es besser verstehen visuell was erklären wir wir haben folgendes Video: OBS - Untertitel aktivieren!
Nachdem wir nun die grundlegende Funktionsweise eines Computers verstanden haben, konnten wir mit einem ähnlichen Thema fortfahren, aber wie üblich mit anderen Regeln und einem neuen Konzept, mit dem wir uns im nächsten Thema befassen werden.
Der Punkt ist, dass mit dem Fortschritt der wissenschaftlichen Erkenntnisse praktisch alles, was wir heute um uns herum haben, von diesen neuen Entdeckungen beeinflusst wurde. In Bezug auf Computer, die nicht aus der Zeit vor den 2000er Jahren stammen, haben Sie wahrscheinlich keine Ahnung, wie man unter anderem eine Diskette, eine Kassette verwendet. Schmuckstücke mussten wir im Vergleich zu dem, was wir heute haben, Informationen speichern und verarbeiten.
Es ist offensichtlich, dass die Kapazität der Maschinen um uns herum im Laufe der Jahre erheblich an Leistung zugenommen hat und sie in ihrer physischen Größe immer kleiner werden, wie bereits von vorhergesagt Gordon Earle Moore, einer der Gründer des Prozessorherstellers Intel. In dem er ein Gesetz in seinem Namen schuf, Moore's Law.
Das Moore'sche Gesetz ist so wichtig geworden, dass es nicht nur als Ziel verwendet wird, das jedes Jahr verfolgt und übertroffen werden muss, sondern auch als Mittel, um zu überprüfen, ob sich die Branche mit der erwarteten Geschwindigkeit entwickelt. Obwohl Moore mit seinen Vorhersagen sehr richtig liegt, weiß jeder, einschließlich ihm selbst, dass dieses Wachstum nicht ewig dauern wird. Transistoren sind heute im 25-Nanometer-Maßstab. Dies ist die gleiche Größenordnung wie einige Viren und Bakterien.
Mehr zu reduzieren wird immer schwieriger. Forscher und Wissenschaftler suchen nach anderen Möglichkeiten, um Computer dazu zu bringen, sich mit ihrer Geschwindigkeit weiterzuentwickeln und ihre Größe zu verringern. Einige denken daran, Siliziumtransistoren durch andere Materialien wie Graphen zu ersetzen.
Eine der Alternativen, über die Wissenschaftler auf diesem Gebiet für die Zukunft des Rechnens nachgedacht haben, ist der Quantencomputer, über den wir im nächsten Thema sprechen werden, und Biocomputer.