Existe algo menor do que o nível de bits de 1s e 0s?

Ao aprender sobre a arquitetura dos computadores e como ela funciona, pensamos que o idioma mais baixo que podemos entender que a máquina entende é binário como 1 e 0. E tudo o que inserimos terá que ser transformado / convertido em binário, mas sendo números bináriosisso não significaria que precisaríamos de outro intérprete / compilador para transformar o binário em linguagem de máquina real? Todos sabemos pela eletrônica que um computador é composto principalmente de CPU, que é um IC que é feito de transistores, etc., e a única coisa que essas ferramentas entendem é eletricidade, portanto a eletricidade será a linguagem mais compreensível para um computador. Então, minha preocupação é: o binário é realmente 1s e 0s ou os 1s e 0s são usados apenas para representar a ausência e / ou presença de eletricidade? Supondo que seja apenas uma representação para ausência ou presença de eletricidade, não haveria outra linguagem intermediária ou até mais baixa entre os comandos que inserimos e binários, para que os circuitos soubessem para onde enviar a corrente e para onde não?

computer-architecture

— Yuran Pereira
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Eu só quero comentar sobre a sua "ausência de eletricidade" | "A ausência de um sinal nunca deve ser usada como sinal." - Julian Bigelow, 1947. "

— Dylan Meeus

Em certo sentido, suponho que a resposta à sua pergunta é que existe uma "linguagem" subjacente na física da eletricidade na qual os circuitos se baseiam. Basicamente, a natureza é como uma máquina de Turing e o arranjo de fios e componentes é como a fita de entrada. Para chegar a ele de um ângulo diferente: os computadores trabalham manipulando sinais analógicos (variando continuamente no tempo, espaço, magnitude etc.) e interpretando-os como aproximadamente digitais (variando discretamente, como números inteiros, no tempo, espaço e magnitude). Você está certo de que 0 e 1 significam apenas quantidades diferentes de eletricidade.

— precisa saber é o seguinte

Apenas para esclarecer Yuran, você o tem ao contrário quando diz que usamos 0 e 1 para representar eletricidade. Usamos eletricidade para representar 0s e 1s.

— jmite

Aqui está a tese de mestrado de Claude Shannon , MIT 1937: cs.virginia.edu/~evans/greatworks/shannon38.pdf . Explica como a álgebra booleana e os circuitos de relé podem ser usados como modelos um do outro.

— Wandering Logic

Existe, mas não é o tópico deste site. Você pode tirar suas dúvidas sobre como construir processadores de fato, desde fios à engenharia elétrica .

— Raphael

Respostas:

Os computadores digitais funcionam de modo que (quase) em um dado momento, qualquer fio transporta (aproximadamente) uma das duas tensões possíveis, uma significando e a outra significando . As tensões dependem da convenção que está sendo usada. Nesse sentido, a computação digital funciona com e s. No entanto, mesmo computadores digitais fazem interface com dispositivos analógicos, como armazenamento físico e redes. A maneira como os dados são codificados nas redes pode ser um pouco diferente, pois vários bits podem ser codificados ao mesmo tempo, dependendo da codificação. $0$ $1$ $0$ $1$

Deixe-me explicar minhas qualificações na primeira frase acima. "Quase" refere-se ao fato de que quando os fios mudam de para ou vice-versa, haverá tensões intermediárias. Esses comutadores são sincronizados em todos os fios, de modo que, sempre que os fios são "lidos", o comutador (se houver) já ocorreu. "Grosso modo" refere-se ao fato de que as tensões não são exatas. Existem duas pequenas faixas de tensão que correspondem a e . Os dispositivos devem ser capazes de "ler" bits nesses intervalos, mas geralmente os "escrevem" de maneira mais restritiva. $0$ $1$ $0$ $1$

— Yuval Filmus
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a questão não é exatamente clara e tem alguns conceitos errados ou aplicação incorreta de terminologia (por exemplo, "linguagem inferior"), mas a interpretação de uma maneira mais geral / metafórica / analógica / flexível, sim :

Um estudo de caso interessante aqui é o flip-flop lógico (veja também Como entender o SR Latch ) que, por ter um loop de feedback, não pode realmente ser analisado logicamente em termos de zeros e zeros e deve ser analisado mais como um dispositivo analógico
o momento do circuito é crucial para entender a natureza dinâmica do flip-flop. Uma maneira especialmente útil de entender é um gráfico de voltagem / tempo.
"abaixo" dos zeros e zs dos circuitos lógicos são tensões analógicas contínuas / não discretas, e pode-se dizer que a eletrônica binária "controla" firmemente os sinais analógicos em limites altamente restritos.
há casos em que isso "quebra", por exemplo, em um chip IC , os componentes eletrônicos de portões defeituosos ou desenhos marginais podem fazer com que o chip falhe e caia do "envelope" binário.
outro componente básico da eletrônica não-binária é o ruído . grande parte do design do IC pode ser considerada como controladora / minimizadora. de fato, a eletrônica binária pode ser vista como um meio de eliminar o ruído dos circuitos para obter sinais "silenciosos".

— vzn
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Os flip-flops podem ser analisados logicamente - os valores dos fios no tempo dependem de seus valores no tempo e do valor da entrada ou entradas no tempo .

t + 1

$t+1$

t

$t$

t

$t$

— Yuval Filmus

sim, mas, em contraste, os circuitos sem feedback podem ser analisados sem o conceito de tempo, e a "lógica" em matemática não tem um conceito fundamental de tempo (em forte contraste com CS / EE exatamente como no exemplo). Além disso, vincular a saída à entrada do mesmo portão não faz muito sentido "logicamente" sem o conceito de tempo e a direção da corrente!

— vzn

Os programas são analisados rotineiramente com o conceito de tempo. Sempre que você tiver variáveis mutáveis, precisará levar isso em consideração.

— Yuval Filmus

certo, é claro. essa é a ampla concepção de "lógica" completa de Turing ou EE. sistemas lógicos matemáticos anteriores / mais limitados, por exemplo, lógica proposicional ou álgebra booleana (que, de outra forma, grandes circuitos de modelos) não têm noção de tempo. a propósito, os CIs defeituosos são uma parte inevitável do processo de fabricação e os chips "aprovados / verificados" são chamados de rendimento .

— vzn

Você está perguntando várias coisas diferentes em uma pergunta. Talvez seja uma boa idéia desvendar o problema para si mesmo. Você está falando sobre física, definição da indústria e arquitetura de software / computador.

que o idioma mais baixo que podemos entender que a máquina entende é binário como 1 e 0. E tudo o que inserimos terá que ser transformado / convertido em binário.

Vamos fazer esta parte primeiro. Os computadores modernos são baseados em circuitos elétricos. Por exemplo, a maioria dos processadores ARM pode funcionar a 5 volts. Devido à maneira como o processador ARM é construído na malha, o processador entende um sinal de ~ 0 volts como um bit e ~ 5 volts como um bit. É a definição escolhida por alguém.

mas ser números binários não significaria que precisaríamos de outro intérprete / compilador para transformar o binário em linguagem de máquina real?

Eu não entendo completamente o que você está perguntando aqui. Mas digamos que você esteja olhando da perspectiva do software. Em seguida, o programa será transformado em linhas reais de bits e uma linha de bits que diz à CPU o que fazer com os bits. Eles são alimentados na CPU (unidade de processamento) e, com base na arquitetura do processador, uma ação será executada nos dados.

Todos sabemos pela eletrônica que um computador é composto principalmente de CPU, que é um IC que é feito de transistores, etc., e a única coisa que essas ferramentas entendem é eletricidade, portanto a eletricidade será a linguagem mais compreensível para um computador. Então, minha preocupação é: o binário é realmente 1s e 0s ou os 1s e 0s são usados apenas para representar a ausência e / ou presença de eletricidade?

Como mencionei um pouco acima, é assim que os computadores são construídos. Você pode executar o processador em outras tensões, mas não funcionará (eu acho). Porque a definição específica é feita sobre a que voltagem um bit é 0 ou 1.

Supondo que seja apenas uma representação para ausência ou presença de eletricidade, não haveria outra linguagem intermediária ou até mais baixa entre os comandos que inserimos e binários, para que os circuitos soubessem para onde enviar a corrente e para onde não?

Sim, basicamente sinais analógicos. Mas lembre-se, na maioria das vezes, estes são convertidos por um ADC (conversor digital analógico) em um valor de bit que representa uma tensão predefinida nessa linha.

— pwghost
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