Как реализуются вычисления в компьютере

В самом названии «компьютер»,
происходящем от английского computer, т. е. вычислитель, заложено первоначальное предназначение этого агрегата – он изобретался для того, чтобы облегчить людям вычисления. Как же компьютер выполняет действия над числами?
Действия над числами – это обработка информации: по двум данным числам и указанному действию выдается новое число, являющееся результатом этого действия над заданными числами. Разобравшись, как производятся компьютером вычисления, нетрудно будет понять, как им обрабатываются данные любого вида.

В электронных вычислительных машинах – будь то компьютер или его младший родственник калькулятор – используется двоичная система счисления. Выбор двоичной системы объясняется тем, что имеющиеся в этой системе всего две цифры легко «зашифровать» при помощи каких-нибудь технических средств, например электрического тока или светового луча.

Цифра 0 двоичной системы счисления может означать, что ток (луч) не проходит, а цифра 1 – что ток (луч) проходит. При таком представлении цифр действия над числами производятся подходящими комбинациями включений и выключений тока или света. Поэтому любую электронную вычислительную машину можно представить себе как совокупность соединенных между собой выключателей тока (или света)

Отличие электронного выключателя от выключателя настольной лампы состоит в том, что в электронном выключателе нет механических движущихся частей и переключается он не рукой человека, а электрическим сигналом от другого выключателя. Время переключения поэтому оказывается очень малым, порядка 10-9 с.

В качестве переключателей стали использовать электронные лампы триоды. Затем настала пора плоскостных транзисторов. И наконец планарные транзисторы. Важно, однако, не только иметь миниатюрные электронные переключатели, но и знать, как их соединить между собой, чтобы с их помощью выполнять арифметические действия.

Если в вашем распоряжении оказалось два переключателя, то есть ровно два способа соединить их между собой. Первый вариант соединения называется, как вы знаете из физики, последовательным, а второй параллельным

Параллельное соединение
Последовательное соединение

Ясно, что в первом случае ток в цепи идет (лампочка горит) только тогда, когда включены оба переключателя. Во втором случае для прохождения тока в цепи (лампочка горит) достаточно, чтобы включен был хотя бы один переключатель.

Кроме того, рассматривают еще один вариант: лампочка горит тогда и только тогда, когда переключатель выключен.

Такие конструкции управления называются вентилями.
Поскольку первый вентиль зажигает лампочку только тогда, когда замкнут и первый переключатель, и второй переключатель, его назвали вентилем И.
Второй вентиль зажигает лампочку, когда замкнут или первый переключатель, или второй – его назвали вентилем ИЛИ.
Третий вентиль зажигает лампочку тогда и только тогда, когда переключатель не замкнут, - он называется вентилем НЕ.