מכניקת קוונטים ב מחשוב קלאסי
המחשב הקלאסי
איך מחשב עובד?! בטח שאלת את עצמך את זה הרבה פעמים! אם לא, היום נראה איך עובד מחשב רגיל (מחשב קלאסי). ואז נעשה הקבלה לפעולתו עם הפיזיקה.
כי זה לא מפתיע ל אף אחד מחשב לא עובד בלי חשמל. זוהי הנקודה העיקרית של כל מחשוב, זרם חשמלי, מעגלים וכתוצאה מכך אנחנו נע עם אלקטרונים! כן יתברך זה יופיע שוב אצלנו נושא חחח
המבנה של מחשב נפוץ, בעיקר מה שנקרא "שולחני" (מחשבים שולחניים) כולל בדרך כלל את המארז, המסך, המקלדות והעכבר, כפי שמוצג להלן:
מה שנרצה לחקור ביתר פירוט יהיה ב- רכיב שנקרא "Cabinet", איפה ה-CPU שתורגם מאנגלית פירושו (Central Processing Unit), כלומר היכן נמצא המעבד. ומה זה מעבד?? המעבד הוא אחד מהם רכיבים ההיבטים החשובים ביותר של המחשב, בלעדיו פשוט לא היית עושה כלום, רק חתיכת מתכת לפניך.
אנו יכולים לראות את המעבד כ"מוח" של המחשב, הוא אחראי לעיבוד כל סוגיו מידע הדרוש לבקשת המשתמש, החל מלחיצה על המקש, הזזת העכבר על השולחן, ועד יצירת התמונה על הצג שלך, הכל ש המעבד אחראי לעשות זאת בשבריר שנייה ו אלפיות שניות . דוגמה מגניבה ל בואו לראות את הסרטון למטה:
HAHA HA! בצורה מאוד שובבה, כן המעבד עושה הכל! הכל כדי לגרום לדברים לעבוד בתוך המחשב.
השאלה היא איך הוא עושה את זה? המעבד הוא לא יותר ממחשבון! והמהירות שבה הוא עושה את החישובים האלה קשורה ל שקוראים לו "שעון" שבמילים אחרות נוכל לתרגם כ"מונה/ספירה".
אז אם אתה, כשאתה הולך לקנות מחשב בחנות וקורא או איש המכירות אומר לך שהמעבד של אותו מחשב הוא 1.2GHz או 2.5GHz מה שהוא בעצם אומר זה היכולת של המעבד הזה לעשות חישובים, באחרים מילים , 1.2 GHz = 1,200,000,000, כלומר מיליארד ו-200 מיליון חישובים בשנייה), או כ-2.5GHz (2 מיליארד ו-500 מיליון חישובים בשנייה) ככל שהמספר גבוה יותר בהרץ (הרץ) כך מהירות החישוב של המעבד גבוהה יותר, וכתוצאה מכך מכונה מהירה מאוד לביצוע משימות.
הו, אתה בטח תוהה... "האם המעבד הוא מחשבון? אבל הא?!?". נכון! ההבדל הוא שהמעבד עושה חישוב שונה ממה שאתה בטח מדמיין. הוא תוכנן ל בצע את מה שנקרא חישוב בינארי, כלומר, הוא סופר רצף מספרי של 0 ו-1 (אפסים ואחדים). ככה?!
כל פונקציה או פעולה שאנו עושים במחשב, בטלפון הסלולרי, בטאבלטים, כל מה שכרוך במעבד, יהיו אלה חישובים בינאריים, והדרך שבה הם עובדים היא כדלקמן.
נניח שאנו רוצים לכתוב טקסט במכשיר שלנו, כאשר אנו לוחצים על מקש או מזיזים את העכבר, כל פעולה אשר תהיה, המידע הזה מועבר בתור רצף מספרי למעבד בצורה של זרם חשמלי בשבריר שניות, כאשר יש זרם המעבד מפרש אותו כ-1 (אחד) וכשאין הוא מפרש אותו כ-0 (אפס).
אז, למשל, אנו לוחצים על האות A במקלדת, ומכיוון ששום דבר במחשב אינו פועל ללא תוכנה (תוכנית) בעיקר תוכנית הבסיס לגרום להכל לרוץ ולתווך את אינטראקציה של המעבד עם המשתמש שהיא מערכת ההפעלה (מערכת ההפעלה), זה כבר כלול בו שכאשר אתה לוחץ על A , הרצף המספרי שיש ליצור עבור המעבד יהיה למשל: 01101001
אין לזה משמעות ברורה עבורנו, אבל עבור המעבד כן! זה בדיוק מה שהתוכנה עושה, היא לוקחת מאיתנו פעולה או פקודה ושולחת למעבד, ורצף זה של מספרים מתחלפים מ-0 ו-1 כמו שצוין למשל קודם, המעבד יבין כ-A, ובתוך אלפיות שניות הוא עושה את החישובים ויחזור לתוכנת הטקסט (Word, Notepad וכו') שהפעולה שביצע המשתמש (אתה) הייתה כדי לחץ על האות A.
כן! אני חושב שבדוגמה הזו כבר נתת ל לדמיין את המורכבות ו חשיבות של המעבד באלקטרוניקה. אבל הכוונה כאן היא לא אתה לעשות להבין בפירוט איך מחשב עובד, למעשה זה לא רק המעבד שעושה את כל זה, יש כמובן עוד כמה רכיבים שמתווכים את כל המורכבות הזו שהמכונות שלנו עושות, בלי לרצות לדאוג מכל מה שקורה בתוך קליפות המתכת האלה ופלסטיק חחח. כרגיל למטה יהיה סרטון המסביר מהו קוד בינארי, רק מתוך סקרנות! כמו כן, ישמטו מידע מעניין בהסבר כאן, אז הישארו מעודכנים :)
בסדר! נחמד! אבל מה קשורה מכניקת הקוונטים לזה? אלקטרומגנטיות חוקרת גם זרמים, מעגלים ואלקטרונים. האם התיאוריה הזו לבדה לא תוכל ליצור מעבד? התשובה הפשוטה והקצרה היא לא!
מכניקת הקוונטים כבר נכנסת לשאלה הבסיסית של יצירת כל סוג של אלקטרוני, החומר שמיוצר. זה לא סתם לוח שממוקם חוטי חיבור וגורם הורדות חשמלי, הוא חומר ספציפי בו הוא לא מוליך ולא מבודד, הוא מוליך למחצה. לא רק החומר עצמו, אלא אפילו הגיאומטריה והצורה של הרכיבים מעוצבים בצורה אטומית על הצד הטוב ביותר יעילות עיבוד. כדי שנבין טוב יותר מבחינה ויזואלית מה נסביר יש לנו הסרטון הבא: OBS - הפעל את הכתוביות!
כעת מתוך הבנת התפקוד הבסיסי של המחשב, הצלחנו להתקדם בנושא דומה, אך כרגיל עם כללים שונים ותפיסה חדשה שבה נעסוק בנושא הבא.
הנקודה היא שעם התקדמות הידע המדעי, כמעט כל מה שיש לנו סביבנו היום הושפע מהתגליות החדשות הללו. לגבי מחשוב שאינו מהתקופה שלפני שנות ה-2000, כנראה שאין לכם מושג איך משתמשים בין היתר בתקליטון, קלטת קלטות. תכשיטים שהיינו צריכים לאחסן ולעבד מידע בהשוואה למה שיש לנו היום.
ניכר כי ככל שחולפות השנים קיבולת המכונות הסובבות אותנו גדלה משמעותית בהספק והן הולכות וקטנות בגודלן הפיזי, כפי שכבר חזה על ידי גורדון ארל מור, ממייסדי חברת המעבדים, אינטל. בו יצר חוק על שמו, חוק מור.
חוק מור הפך להיות כל כך חשוב שהוא לא רק משמש כמטרה שיש לרדוף אחריה ולנצח בכל שנה, אלא גם כאמצעי לוודא שהענף מתפתח במהירות הצפויה. למרות שמור צודק מאוד בתחזיותיו, כולם יודעים, כולל הוא עצמו, שהצמיחה הזו לא תימשך לנצח. טרנזיסטורים היום הם בסולם של 25 ננומטר. זה אותו קנה מידה כמו כמה וירוסים וחיידקים.
לצמצם יותר מזה הופך להיות יותר ויותר קשה. חוקרים ומדענים מחפשים דרכים אחרות לגרום למחשבים להמשיך להתפתח במהירות שלהם ולהקטין את גודלם. יש שחושבים להחליף טרנזיסטורי סיליקון בחומרים אחרים, כמו גרפן.
אחת החלופות שעליהן חשבו חוקרים בתחום לעתיד המחשוב היא המחשב הקוונטי שעליו נדבר בנושא הבא וביו מחשבים.