Transistoren in Chips
Nach dem Ende des letzten Artikels mag sich manch einer gefragt haben: Wieso nur 0 und 1, wenn man doch z.B. von 0,1V bis 1V in 0,1-Schritten gleich 10 Ziffern darstellen kann?
Ganz so einfach handzuhaben ist die Elektronik leider nicht. Die Halbleiter in Computern haben den Nachteil, dass die Spannung, die am Ende der Leitung ankommt, nicht linear der Spannung ist, die am Anfang anliegt. Vereinfacht kann man sagen: Die Leitungen sind träge, so dass der Empfänger nie genau sagen kann, welche Spannung der Sender zu genau diesem Zeitpunkt anlegt. Erst nach einer Weile ist die angelegte Spannung „überall" zu messen. Genau genommen unterteilt sich diese Trägheit in 3 Abschnitte: Zuerst steigt die Spannung langsam, dann sehr schnell und schließlich wieder langsam, bis die Endspannung erreicht wird. Das Ganze sei natürlich mit den heutigen Frequenzen im MHz- oder GHz-Bereich zu betrachten, denn bei niedrigen Frequenzen fällt diese Trägheit nicht so sehr ins Gewicht.
Zwar ist es auch heute möglich diese feinen Unterschiede zu messen und damit zu rechnen, jedoch müssen dabei trotzdem Fehler abgefangen und korrigiert werden, was im ungünstigsten Fall bedeutet, dass die Signale eine wesentlich längere Laufzeit haben.
Diesem Problem entgeht man mit dem Binärsystem. Hinzu kommt außerdem eine große Toleranz:
Betreibt man einen Schaltkreis z.B. mit 3V, so kann man Grenzen festlegen. Eine Spannung von 0V bis 0,8V könnte dann für eine „0" stehen, während 2,2V bis 3V einer „1" entsprechen könnten. Die Werte dazwischen sind undefiniert, so dass es keine gemeinsame Grenze gibt. Das entspricht quasi dem "mittleren" Teil, an dem die Spannung sich ohnehin schnell ändert. Die Bereiche in denen die „0" bzw. die „1" gelten, erhöhen die Zuverlässigkeit der Schaltung. Diese Toleranzen verhindern eine Fehldeutung durch die Elektronik.
Je toleranter die Schaltkreise, desto günstiger können sie hergestellt werden. Schließlich wollen wir ja bezahlbare Computer angeboten bekommen. Aus diesem Grund werden im Computer alle Informationen, wie Bilder, Videos, Musik, etc. als Folge von Nullen und Einsen dargestellt.
Im nächsten Artikel wird dann beispielhaft eine Rechnung zwischen Binär- und Dezimalsystem durchgeführt. Hierzu gibt es viele andere Wege, die einfacher sind, aber den Sinn dahinter nicht so gut hervorheben. Dazu bedarf es nur einer kurzen Suche im Internet.
Siehe auch:
Computerhardware - Verständlich vermittelt - Teil 1: Einführung
Computerhardware - Verständlich vermittelt - Teil 2: Die wirklichen Innovationen
Computerhardware - Verständlich vermittelt - Teil 3: Zahlensysteme
Der Autor Michael Sander schreibt in seiner Freizeit ebenfalls Artikel für Seiten wie z.B. www.sofas-günstig.de
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