Transistoren im CPU/RAM/Grafikkarte usw.

Hi liebe Community,
hätte da mal eine Frage zu den Transistoren. Ein Transistor kann ja als Schalter und Verstärker diehnen. Meine Frage bezieht sich speziell auf den Schalttransistor in CPU, RAM und Grafikkarten.

Zum Beispiel in dem Intel I7 CPU sind 710 Mio. Transistoren drinne "eingebaut" (Quelle: Größenvergleich: Mehr Fläche - weniger Transistoren - Intel Core i7: Schneller mit Bremse). Meine Frage nun wie wird denn da was angesteuert, wie werden die Signale von der Festplatte/Grafikk./Maus/Tastatur usw. Koordiniet?

Sagen wir ich Drücke die 1 von meiner Tastatur in einem Word-Dokument. die 1 ist ja im Binären "0001". Was passiert da genau?
Ich habe in einer Doku über Quantencomputer gesehen, dass ein normaler Pc nur eine Sache gleichzeitig tut und ein Quantencomputer mehrere gleichzeitig. Was heißt das jetzt für das logische verstehen, wird jetzt meine "0001" durch die ganzen 710 Mio. Transistoren durchgeleitet, damit ich am Ende auf dem Bildschirm eine 1 zustehen habe?

Würde mich sehr freuen, wenn jemand mein durcheinander etwas Ordnen könnte und bitte keine Wikipedia oder irgendwelche Wissenschaftlichen links mir geben und sagem "lies dir die 1000 Seiten durch, dann weist du es" am besten ist es bildlich darzustellen, so versteht man es leichter. Danke schon

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Wir haben deinen Beitrag verschoben.

Wirklich schrieb:

Sagen wir ich Drücke die 1 von meiner Tastatur in einem Word-Dokument
...
Was passiert da genau?
...
und bitte keine Wikipedia oder irgendwelche Wissenschaftlichen links mir geben und sagem "lies dir die 1000 Seiten durch, dann weist du es" am besten ist es bildlich darzustellen

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Gern. Was zahlst du die Stunde für diesen ausführlichen Privatunterricht? Plane mehrere Tage ein.

Ist es den nicht möglich es einfach darzustellen, wie z.B. anhand einer kleinen UND und NOR gattern skizze oder so ähnlich, den mehr ist es nicht.

Egal hat sich erledigt, hab in einem anderem Forum eine bessere antwort bekommen, trotzdem danke für eure antworten ;-)

das ganze dürfte deinen horizont bei weitem übersteigen, da der mensch (aktiv!!) auch nicht zu mehr in der lage ist wie 0 und 1

quantencomputer sind reine fiktion und ein schöner begriff wie z.b. kalte fusion, warpantrieb oder zeitreisen

ich bezweifle das wir oder unsere kinder quantenpcs noch erleben werden.

Was für mich schwer zu verstehen ist, wie der dritte Zustand oder auch Superposition genannt, genutzt werden soll.

Bisher stelle ich es mir so vor, es gibt JA(1), NEIN(0) und JEIN(1&0). Was bringt es mir den, wenn ich nicht weis, ob ich nun 1 eins rausbekomme oder eine 0?

Die Zahl "2014" sieht im Binären so aus "111 1101 1110" und wie würde es den bei einem Quantencomputer aussehen? Da fehlt mir noch das verständniss, warum eine Zufallsgenerator (was die Superposition für mich ist) von so großem Vorteil sein kann.

Edit:
Hab hier diesen Textausschnitt gefunden:
"
Diese Superposition aus mehreren Zuständen, die ein Quantensystem gleichzeitig annehmen kann, nutzen Quantenrechner aus. Ein Beispiel: Ein 8-Bit-Register eines klassischen Computers hat stets einen bestimmten Zustand, der eine Zahl zwischen 0 und 255 darstellt. --> Ein Quantencomputer dagegen produziert zuerst eine Superposition von allen 256 Zuständen des Registers gleichzeitig. <-- Während ein klassisches Bit eines von zwei Zuständen einnimmt, kann das Quantenbit, auch Qubit genannt, in beiden gleichzeitig sein. Jede Operation auf die Qubits wirkt auf alle Zustände gleichzeitig und beschert dem Benutzer damit einen massiven Parallelrechner. Dadurch erzielt der Quantencomputer seine Geschwindigkeit, die klassische Rechner nicht erreichen können.
"
D.h. doch das quasi ein Bit (QBit), alle 256 Zustände gleichzeitig ausgibt oder wie ist das zu verstehen?

du musst von den zahlen absehen

ein transistor ist am ende ein 2 wege schaltelement. wie ein Y .
unten kommt der strom und KANN links und rechts.
was ist, wenn man aber nun auch durch die mitte kann ? quasi 3 wege oder 4-x ?

genau das ermöglicht die superposition.

es ist quasi analoges digital

ums jetzt mal ganz ganz einfach auszudrücken.

um das ganze auch nur ansatzweise blicken zu können sollte man sich etwas zu quantenphysik belesen.
solche effekte gibt es (bzw wurde es festgestellt oder vermutet) z.b. bei sehr sehr kleinen "objekten". kleiner als atome selbst. dort scheint die normalgültige physik nicht mehr oder nicht mehr genaus so zu funktionieren.
wenn man schaltungen auf solch eine größe verringern kann, kann man diese effekte ausnutzen und mehr wie 2 wege schalten.

Und warum benutze ich nicht einfach höhere Spannungen? 0V gleich 0 , 1V = 1, 2V= 2? 20V = A , 21= B usv. So würde es doch auch gehen ein Bit/Signal gleich ein Symbol.

P.s. die Forumuhr stimmt garnicht, es ist zu diesem Zeitpunkt 00:49 Uhr.

Wirklich schrieb:

Und warum benutze ich nicht einfach höhere Spannungen? 0V gleich 0 , 1V = 1, 2V= 2? 20V = A , 21= B usw. [...]

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Das wird doch auch gemacht, bei Analogcomputern oder elektronischen Musikinstrumenten oder bei analogen Videosignalen.

Mal ein Tipp: Lese dich mal ein, was der Doppelspaltversuch ist. Begriffe, die man lernt: Dualismus von Teilchen und Welle. Je nach Versuch verhält sich Licht mal als Teilchen und mal als Welle. Wellen können interferieren, d. h., sich überlagern, also sich verstärken oder abschwächen oder ganz auslöschen. Es gibt Detektoren, die einzelnene Lichtquanten (Photonen) registrieren können (Korpuskelmodell des Lichts). Es durch Messung bzw. Experiment bestimmt man, ob sich Licht wie eine Welle verhält oder wie ein Teilchenstrahl.

In der Quantenmechanik werden alle Zustände durch Überlagerungen (Superposition) von Grundzuständen beschrieben. Stell dir ein Pendel vor. Das kann vor- und zurückschwingen, oder von links nach rechts und wieder nach links. Als Überlagerung dieser beiden Grundschwingungen kann es auch kreisförmig bzw. allgemeiner elliptisch schwingen. Das ist eine Überlagerung von zwei Grundschwingungen.

Sagt dir die Unschärferelation etwas? Je genauer man den Impuls (bzw. die Geschwindigkeit eines Teilchen misst, desto ungenauer ist der Ort bestimmt. Das geht sogar so weit, dass du nichtmal weißt, ob eine kleine Kugel in einer Kiste ist oder außerhalb der Kiste. Quantenmechanisch kann sie gleichzeitig in der Kiste sein und gleichzeitg außerhalb. Man spricht von Aufenthaltswahrscheinlichkeiten.

Musst halt erstmal viel viel lesen. Ganz langsam kommt dann das Verständnis über ein paar Dinge. Der "gesunde Menschenverstand" kann Quantenmechanik nicht begreifen. Man kann die Regeln lernen und Vorhersagen machen, man kann es aber nicht begreifen. Wenn man beim Doppelspaltexperiment beobachtet, durch welchen Spalt ein Photon fliegt, gibt es keine Beugungsmuster. Stellt man das Messgerät ab, erhält man plötzlich Beugungsmuster. Dann verhält sich das Oicht wie eine Welle, die beide Spalten gleichzeitig passiert. Man stellt essich so vor, dass man das Licht durch die Messung verändert.

Alles derzeit sinnvoll technisch zu realisierende baut nun einmal auf der Binärlogik auf (Zustände 0 oder 1). In einem Computer bzw. Datenverarbeitungssystem diesen Zustandsdarstellungsraum zu erweitern, hat man wohl versucht (z.B. in Dezimalsystem arbeitende Rechner mit 10 Zuständen), aber ich glaube schon in den 1970er Jahren auch wieder verworfen. Weil eben der Aufwand an Bauteilen und die Anforderungen an deren Toleranzen viel zu hoch ist und das Ganze sich wirtschaftlich nicht rechnet.

Und Quantencomputer schön und gut, alles Visionen. Und auch sollte man erst mal den Stand der Technik gut verstanden haben. Erst dann kann / sollte man sich in andere "Gefilde" begeben, d.h. um Defizite am State of The Art zu beseitigen sollten man diesen recht gut beherrschen.
Bei Quanten wird es auch eher philosophisch, wie selbst Physiker auf diesem Gebiet zu feststellen.

Um zur Kernfrage zurückzukehren ... Ich würde da auch nicht mit dem i7 anfangen sondern eben am Urvater dem 8086 (ca. 29 000 Transistoren) oder auch seinem damaligen Konkurrenten, dem Z80 (ca. 8500 Transitoren aber sehr fortschrittliche ALU).
[http://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count]
Ob da nun 29000 oder Millionen oder Milliarden Transistoren auf dem Chip sind spielt für das Grundverständnis über die Rechnerarchitektur und das Verstehen der Abläufe im Rechner erst einmal keine Rolle. Daher lehren auch die meisten Unis / FHsS nach wie vor in den Grundlagen der Rechnerarchitektur die Struktur des 8086 und dessen Programmierung in Maschinensprache / Assembler.

Ein Transistor als Schalter schön und gut, aber wenn man verstehen will, wie ein Rechner "tickt", muss man schon ein wenig tiefer in Materie einsteigen. Arithmetisch-Logische-Einheit (ALU) , Rechnerwerk, Steuerwerk - Von-Neumann-Architektur und die zugehörigen Bussysteme (Steuerbus, Datenbus) - hier sind zunächst die Basics zu sehen, die man verstehen muss. Am besten in Verbindung mit Assembler und einem Speicher-/Register-Monitor, mit Hilfe dessen man haarklein jeden Registerinhalt und jedes Flag vor und nach jedem Maschinenbefehl beobachten kann.
Auch RS-Flipflops, logische Gatter und auch Zustandsautomaten sollte man sich in Bezug auf das Thema mal näher ansehen.

In Bezug auf Architekturen ist auch grundsätzlich zwischen CISC und RISC zu unterscheiden (Complex oder Reduced Instruction Set Computer) zu unterscheiden.

Also wie gesagt ich würde erst mal hier versuchen das Ganze zu durchleuchten als über i7, Nicht-Binär- bzw. Analog-Computer oder Quantencomputer zu philosophieren.

Wirklich schrieb:

...
Sagen wir ich Drücke die 1 von meiner Tastatur in einem Word-Dokument. die 1 ist ja im Binären "0001". Was passiert da genau? ...

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Die Tastatur ist zunächst erst einmal eine an einen Computer über eine Schnittstelle angeschlossene Peripherie. Diese arbeitet mit Treibern oder im vereinfachten 8086 System über das BIOS. Im BIOS sind entsprechende Funktionen (hier Interrupts) als Firmeware implementiert (also in Hardware gegossene Software), mit Hilfe derer ein Programm im Programmspeicher auf Signale von der Tastatur (also einen Tastendruck) reagieren kann bzw. eben diese Tastensignale auswerten kann.

Die Taste "1" auf der Tastatur hat auch rein gar nichts mit dem Binärwert 0001 zu tun. Nach den Tastaturcodewerten (meist ASCII adäquat) entspricht die Taste "1" dem Dezimalwert 49 (31 Hexadezimal und 0011 0001 Binär), die Taste "A" dem Dezimalwert 65 (41 Hexadezimal und 0100 0001 Binär).
http://help.adobe.com/de_DE/AS2LCR/Flash_10.0/help.html?content=00000525.html

Das erst mal zur Auswertung des Tastendrucks an sich. Zu Windows und Word ist es dann ein sehr sehr langer Weg durch den Rechner ... Firmware ... Treiber .... Betriebssystem ... Anwendungsprogamme.
Informatiker packen das Ganze gern in Schichten - unten ist sozusagen die Taste, mit Leitungen und Spannungen ... dann kommen Hardwarenahe Treiber ... usw. .. bis man dann in einer Win API oder noch höher gelagerten Bibliotheken von Softwareentwicklungstools angelangt ist, mit denen dann ein Anwenderprogramm wie Word erstellt wird. Das Gute bei diesen Schichten ist: der jeweilige Entwickler muss über die anderen Schichten kaum etwas im Detail wissen, da diese via dokumentierten und oft standardisierten Schnittstellen interagieren.
Der BIOS Anwender nutze früher den BIOS-Interrupt 16h zur Tastaturabfrage, das ist sehr hardwarenah - geht prinzipiell aber auch heute noch. In C kann man scanf(...) benutzen das ist schon komfortabler für den Entwickler. Weiter dann über Win API bis zu "Luxusfunktionen/methoden" in C# usw. auf der höchsten Schicht. Das macht es dem Programmierer leichter, dennoch ist das prinzipielle Verständnis der unterer Schichten, insbesondere der hardwarenahen wichtig, weil ohne die läuft nichts.
Die grafische Darstellung ist auch ein getrenntes Kapitel - der Tastendruck und dessen Verarbeitung würde auch ohne Grafikeinheit ausgewertet werden können.

@Ah_Frakfurt & Schiller72
WOW, erstmal großen Dank das ihr diesen kleinen Kurs in die Vergangenheit bzw. In die Computer-Technik gegeben habt, Danke

Also von Doppelspalt verstehe ich einiges, habe auch schon vieles drüber gelesen und auch schon selber Gedanken drüber gemacht, warum das Licht sich so verhält. Dennoch finde ich die Idee, dass man bei einem Quantencomputer stets mit Zufällen rechnet. Ich hab auf einer anderes Seite gelesen, dass man nicht kontrollieren kann, was man Rausbekommt will, sondern man auch einen Affen auf einer Tastatur drücken lassen könnte. Das hätte den selben Effekt.
Naja, bevor man versucht einen Quantencomputer zu bauen, sollte man doch erstmal herrausfinden wie die Quantenmechanik richtig funktioniert.

Und zur Tastendruck, naja das ist mir jetzt zuviel von Beginn an die Rechenwerke oder die anderen Operanten zu verstehen. Ich wollte halt nur wissen, wie die Transistoren angesteuert werden. Also ob jetzt das eine Signal durch alle 100 Millionen Transistoren druchfließt oder es schon so gereglt es, dass es nur durch bestimmte Transistoren gelenkt wird.

Bildlich vorgestellt. Das Signal/Seilläufer läuft zum CPU. Das CPU ist ein Ellenlangeskabel, was nach einem Meter ein Knoten ist. Jetzt läuft der Läufer über das Kabel und an jedem Knoten/Transistor muss es die Füßen höher heben, um nicht zu stolpern. Das Kabel ist so lang, dass irgendwann ein Signal am Bildschirm zu sehen ist.

Oder es sind unzählige Kabel, wo jedes Objekt seinen eigenen Kabelstrang hat, was zu und von der CPU führt.

Achja: Die Aufweitung des Zustandsraums der Binärlogik (0 oder 1) ist zumindest im Gebiet von Klassifikatoren oder auch in der Regelungstechnik nicht neu. Lotfi Zadeh erschuf und prägte schon vor einigen Jahren die Fuzzy Logik, also die Logik der Unschärfe. Basis ist eine Fuzziefizierung der Eingangssignale, mit dem Ziel im normierten Bereich jeden Wert zwischen 0 und 1 zuzulassen, also auch z.B. 0,7654. -> also quasi "analog". Dennoch sind Fuzzy-Algorithmen in Programmform auf normalen PCs oder Regelungssystemen läuffähig.
Es erfolgt also eine "Übersetzung" durch Softwarealgorithmen.

Auch jeder Reglerentwurf z.B. in MATLAB, einem Windowsprogramm (oder eben Octave für Linux) dienst ja dazu überwiegend analoge Regelsysteme bzw. digitale Regelsysteme mit analogen Gebern und Stellern zu entwerfen. Dennoch wird das alles auf Computern mit Binärlogik realisiert. Dafür gibt es die sog. Diskretisierung, mit Hilfe deren man analoge Signale in der Digitalwelt abbildet.

Nicht zuletzt ist hier auch eine Soundausgabe zu nennen, diese ist ja auch analog, der Mensch hört nun mal so. Dafür sind dann Digital-Analog-Wandler (DAC) zuständig.

Nimmt man nun Steuergeräte oder andere Regelsystem in Hardware, wird hier auch erst das Signale, z.B. des Temperaturfühlers diskretisiert mittels Analog-Digtal-Wandler (ADC), d.h. der analoge Wert digitalisiert. Bei der Stellgröße ist es dann umgekehrt, z.B. die Heizung. diese muss auch wieder analog angesteuert werden (außer man nimmt PMW) dafür ist dann ein wieder ein DAC zuständig.
Klar kann man nun fragen warum nicht alles analog, das gab und gibt es auch, klassische Analogregler. Aber die Digitaltechnik und eben darauf aufgebaute Computer haben eben vielerlei Vorteile, weswegen man sogar bei Reglern eine 2malige Signalwandlung ADC und DAC gern in Kauf nimmt.

Mir ist gerade was aufgefallen, man kann doch eine Schaltung aufbauen, die alle Zustände, Beispiel die ASCII Zeichen, mit einem Signal anzeigt. Das ist doch einfacher als ein Quantencomputer :-O.