Компьютерное исчисление

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ И ЛОГИЧЕСКИЕ ВЕНТИЛИ

Электронная лампа представляет собой вакуумную трубку, в которой имеются нить накаливания, испускающая электроны, — катод (отрицательный заряд), и металлическая пластинка, принимающая электроны, — анод (положительный заряд). В результате мы получаем ток электронов от катода при его накаливании к аноду. Так как ток проходит только в одном направлении, такая лампа реализует функцию важнейшего электронного компонента — диода. Впоследствии в диод добавили дополнительную нить — сетку между катодом, испускающим электроны, и анодом, получающим их. При приложении тока к сетке можно контролировать ток электронов от катода к аноду, увеличивая напряжение. Эта дополнительная нить лежала в основе нового изобретения — триода, электронного компонента, выполнявшего функцию современного транзистора. С помощью этих электронных компонентов можно создавать схемы, выполняющие арифметические операции, например суммирование, или логические операции, например сравнение чисел.

Два вида ламп: диод (слева) и триод (справа).

Нули и единицы

В компьютерах, в том числе в Colossus, арифметические и логические операции осуществляются на основании булевой алгебры, оперирующей битами, то есть числами 0 и 1, с применением к ним операторов, называемых на языке электроники вентилями. Предположим, ток в 0 В представляет число 0, а ток 3 В представляет 1. Следовательно, факт, проходит или не проходит электрический ток, определяет величина 0 или 1, а это один бит, то есть наименьшее количество информации, которую может обработать компьютер. Вентиль — электронная схема с диодами или транзисторами, в которой О или 1 на входе трансформируются на выходе также в 0 и 1 в результате применения одного из операторов булевой алгебры. Из всех возможных операторов самыми используемыми в цифровой электронике являются И и ИЛИ. Вентиль И, эквивалентный на логическом уровне союзу «и», на выходе дает 1, если на всех входах одновременно получено 1. С другой стороны, на выходе будет 0, если на одном или двух входах получен 0. Ниже приводится таблица и символ для этого вентиля.

АBА И В000010100111

Вентиль ИЛИ эквивалентен союзу «или», в этом случае на выходе будет 1, если на одном из двух либо на обоих входах было получено 1. Ниже приводится таблица и символ для этого вентиля.

АBА ИЛИ В000011101111

Ламповыми были первая версия Colossus, Mark 1, и следующая усовершенствованная версия, Mark 2, запущенная в 1944 году. Можно сказать, что если Алан Тьюринг занимался логическим обоснованием компьютеров, то Томми Флауэрс разработал hardware и, соответственно, электронные схемы, воплощающие в жизнь эти логические построения.