Z předchozích kapitol už víte, že pokud signály interpretujeme jako jedničky a nuly tak s nimi můžeme operovat jako s číslicemi ve dvojkové soustavě.

Procesor umí provádět hromadu různých matematických operací: sčítat, odčítat, násobit, dělit atd. apod.

Není nutné vědět, jak jsou v procesoru zadrátované všechny matematické operace, každopádně je dobré mít nějakou základní představu, jak vypadá třeba sečtení dvou čísel.

Než se k tomu dostaneme, je nutné si ještě povědět o 2 dalších věcech a to jsou hradla a tranzistory.

Co je hradlo?

Hradlo (v angličtině gate) se zakresluje na úrovni digitálního signálu. Je to úplně základní a nejčastější prvek, který se do digitální vrstvy zakresluje.

Co ale přesně hradlo dělá?

No je to v zásadě jednotka digitálního schématu, která na základě vstupních signálů produkuje výstupní signály podle nějaké logiky. Podívejte se na animace níže.

Základní hradla

Základní hradla jsou tato 4.

• AND: Pokud je ve všech vstupech signál, pošli signál.
• OR: Pokud je v aspoň jednom vstupu signál, pošli signál.
• NOT: Výstupní signál je opačný proti vstupnímu signálu
• XOR: Výstupní signál je pouze tehdy, pokud počet signálů s hodnotou 1 na vstupu je lichý.

Další hradla

Zajímavost: S kombinací NAND hradel lze nasimulovat jakékoliv jiné hradlo

Co je tranzistor?

Tranzistor je elektronický prvek, ze kterého je hradlo postavené na elektronické vrstvě.

• Tranzistory jsou extrémně levné na výrobu.
• Předání signálu tranzistorem využívá chování elektronů ve dvou různě polovodivých materiálech vedle sebe.
• Procesor obsahuje 50 miliard tranzistorů právě za účelem stavby různých hradel a složitějších rozhodovacích hradlových systémů.
• Toto není návod pro elektrotechniky, pro ajťáka fakt není důležitý vědět, jak jsou tranzistory zapojené a jak přesně fungují takže se tomu věnuji jen v této kapitole.

Ukázka NAND hradla v elektrickém schématu s tranzistory

Jako ajťáka nás elektrická schémata nezajímají ale mám pocit, že je dobré sem dát aspoň ukázku elektrického schématu nějakého hradla, jak vypadá v procesoru. Není důležité tomu schématu rozumět, je ale důležité vědět, že hradla v signální vrstvě jsou implementována tranzistory v elektronické vrstvě.

Moorův zákon

Jakýsi Moore vysledoval, že počet tranzistorů v procesoru se dvojnásobí každé 2 roky při stejné ceně. Není to nijak užitečná informace ale z nějakýho důvodu ajťáci tuhle informaci zbožňujou. Pravda je ale, že od roku 2010 se toto tempo zpomalilo pod úroveň Moorova zákona.

Shrnutí

• Hradlo je prvek který se zakresluje do digitálního schématu a reprezentuje jednoduché „rozhodnutí“.
• Mezi základní hradla patří AND, OR, NOT a XOR
• Další hradla jsou kombinace:
  • NAND = AND a hned za ním NOT
  • NOR = OR a hned za ním NOT
  • NXOR = XOR a hned za ním NOT
• Na fyzické vrstvě jsou hradla funkční díky tranzistorům.
• Procesory se skládají z 50 miliard tranzistorů.
• Moorův zákon: počet tranzistorů v procesoru se jednou za 2 roky zdvojnásobí při stejné ceně.