Кодирование данных в компьютере
См презентацию Двоичное кодиров.
Для кодировки информации часто требуется существенно большее число независимых кодов. Технически это осуществляют объединением уже не битов, а байтов. Как исключение, добавляют полбайта, но не менее.
В таблице приведено число независимых кодов, получаемых при использовании от 1 до 4 байт.
| Байт | Разрядов (бит) | Независимых кодов |
| 28 = 256 | ||
| 216 = 65 536 ≈ 65,5 тысяч | ||
| 224 = 16 777 216 ≈ 16,8 миллионов | ||
| 232 = 4 294 967 296 ≈ 4,3 миллиарда |
Примеры различных кодировок.
Одним байтом кодируются символы стандартной клавиатуры. 256 кодов хватает для описания аппаратных команд, символов стандартной английской клавиатуры и национальных систем кодировки (в России это кириллица).[12]
Двумя байтамикодируются символы текста в кодировке Unicode. Получается свыше 65 тысяч независимых кодов, и в это множество можно сместить символы всех существующих на Земле алфавитов (причем около 70% этого множества занимают китайские иероглифы) плюс различные служебные обозначения (азбука Морзе, штрих-коды, шрифт Брайля, для слепых и пр.).
Тремя байтамикодируется цвет в цветовой модели RGB(Red, Green, Blue). Она используется для описания цвета в большинстве электронных устройств: мониторах и телевизорах, сканерах, цифровой фото- и видеоаппаратуре (практически везде кроме принтеров и других печатных устройств). Везде имеются невидимые невооруженным глазом пиксели красного, синего и зеленого цвета, и для каждого из трех цветов можно установить 256 уровней яркости. Таким образом, можно создать 2563 или около 17 миллионов цветов. Человек столько цветовых оттенков различить не может, но таковы правила описания цвета в компьютере.[13]
Четырьмя байтамиописывается IP-адрескомпьютера, находящегося в сети Интернет. Таким образом, в современном Интернете одновременно может находиться не более 4 миллиардов 300 миллионов компьютеров. Столько зарезервировано адресов в Глобальной сети. А без адреса компьютер не сможет ни передать, ни получить информацию, то есть его в сети не будет.
Как ни странно, этого количества пока хватает, причем с избытком. В основном потому, что большинство компьютеров, находящихся в Интернете, имеют временные адреса. При выходе в Интернет провайдер дает пользователю IP-адрес из своей базы адресов, а после окончания работы этот IP-адрес переходит к другому пользователю, вышедшему в Интернет.
Нанотехнологии
В нанотехнологиях размер объектов измеряется в нанометрах (нм). 1 нм = 10-9 м. То есть это одна миллиардная часть метра. Согласно определению, нанотехнологиями называются технологии работы с объектами, размер которых хотя бы в одном измерении не превышает 100 нанометров.
Это не обязательно компьютерные технологии. Например, получено много поверхностей с ультратонкими слоями в несколько атомов, которые обладают уникальными свойствами: одни химически инертны, другие обладают очень низким трением, на третьих не задерживается грязь. Существуют тонкие и очень прочные нанонити, наночастицы, в которых, как в закрытой банке, можно хранить газы (водород). И множество других наноструктур с уникальными свойствами.
Таким образом, приставка «нано» означает не новое или современное, а очень небольшое по размеру.
Современные нанотехнологии позволяют создавать элементарные ячейки микрочипов размером порядка 100 нанометров. Из таких ячеек построены электрические схемы различных микрочипов (микросхем). В одной ячейке хранится элементарный квант информации: двоичный 0 или двоичная 1. Сейчас имеется несколько стандартов для элементарных ячеек микросхем:
· 130 нм – хорошо освоенная, даже устаревшая технология;
· 40 нм – современная технология;
· 18 нм – перспективная, осваиваемая технология.
Радиус атома кремния, из которого в основном состоят микрочипы, равен 0,13 нанометров. Получается, что в микросхеме по технологии 130 нм отдельная ячейка имеет объем 500х500х500 атомов. А 40 нм будет соответствовать 150х150х150 атомов.
К микросхемам, где используются нанотехнологии, относятся процессор и другие чипы материнской платы, оперативная память, флэш-память и многие другие устройства компьютера. Именно нанотехнологии позволяют создавать устройства с производительностью в несколько миллиардов операций в секунду, с объемом памяти в триллионы байт.
Такие устройства имеют очень сложную структуру, они состоят из миллиардов элементов, имеющих разветвленные связи друг с другом. Человеку не под силу детально спроектировать такую структуру – только общие принципы архитектуры и взаимодействие достаточно крупных блоков. А создание конкретных структурных единиц осуществляется автоматически, с использованием промышленных роботов.
Причем воспроизвести современные, достаточно сложные микрочипы давно уже практически невозможно. Легче создать собственные микросхемы, пригодные для решения поставленных задач. Так, в 80-х годах прошлого века компанией Intel были разработаны для использования в ПК процессоры марки 286. Их технические характеристики были в сотни раз хуже современных процессоров, но для того времени это была самая передовая техника.
И вот одна тайваньская фирма захотела создать копию этого процессора. Копирование проводили следующим образом: срезали очень тонкий микрослой, сканировали открывшуюся структуру, потом срезали новый слой, сканировали и так далее. Операцию проводили в 3-х плоскостях, при сопоставлении слоев получилась точная объемная копия процессора.На эту работу пришлось затратить около 5 лет, а за это время Intel разработала сначала 386-е процессоры, а затем 486-е. Посмотрели тайваньские специалисты на 486 процессор, и поняли, что на расшифровку его структуры потребуется около 20 лет. А за это время расшифрованная структура безнадежно устареет. То есть работа лишается смысла.
Еще одна интересная особенность: для создания микрочипов не требуется значительного количества дорогих, дефицитных материалов. Основной материал, из которого состоят чипы – это кремний. Плюс небольшие количества добавок для создания нужного типа проводимости. А кремний является одним из самых распространенных элементов на нашей планете: песок, камень, земля обычно содержат 20-45 масс% кремния.
Берут песок, выделяют из него чистый кварц (оксид кремния, SiO2), затем кремний. Из кремния вытягивают монокристаллы, это совершенные кристаллы, не имеющие дефектов.Монокристаллы режут, получают заготовки для производства чипов. А песок можно найти в избытке везде: в Калифорнии, Сингапуре и любом другом месте.
А дальше создают структуру процессоров и прочих микрочипов, внося на микроучастки точно дозированные количества микропримесей. Таким путем получают диоды, транзисторы, конденсаторы, сопротивления и прочие компоненты электрической схемы, имеющие наноразмеры.
К сожалению, в компьютерных технологиях за десятки лет разработки по многим позициям достигли физических пределов, диктуемых законами природы. Сейчас ведется работы по поиску принципиально новых элементов вычислительной техники, которые позволят работать с отдельными атомами, и даже внутри атома, что обеспечит радикальное повышение производительности.
Дата добавления: 2016-04-22; просмотров: 763;