כתבת המעבדים הגדולה חלק א': מעבדים, אלקטרוניקה וקצת כימיה

Bits, Bytes ומה שביניהם

בכתבה של ניצן למדנו כמה וכמה מושגים חשובים להמשך(אההמ…לכל העצלנים שבנינו!).
במעבדים המילה Bit מסמלת גם רוחב פס, זאת אומרת כמה ביטים יוכלו לעבור במקביל מהמעבד לזכרון למשל או לכל התקן אחר שהמעבד מתקשר איתו.
כפי שנלמד בהמשך המעבדים היום מתקשרים עם הזכרון ברוחב פס של 32Bit. בואו נשווה את המידע למשאיות עמוסות שצריכות לחצות במהירות האפשרית נהר גדול.

בתמונה שלפנינו ישנו הצד של המעבד והצד של הזכרון, ביניהם יש את לוח האם(נהר) ו-Data Bus(גשר) ברוחב 1Bit. במקרה הזה בכל סיבוב של המעבד יעבור ביט אחד של מידע(ערך 1 או 0).
אבל אם המעבד עובד ב-8Bit יקחו לו שמונה סיבובי שעון(נגלות) להעביר לזיכרון מה שהוא חישב בסיבוב שעון אחד ויווצר "פקק תנועה". בדרך כלל ביטים(Bits) במעגל דיגיטלי לא קיימים בנפרד אלא מאוגדים שמונה בכל פעם, שמונה ביטים ביחד נקראים בית(Byte).
למה דווקא 8 ביטים בבית?…במהלך השנים חיפשו את הדרך הטובה ביותר והגיעו למסקנה בתהליך ארוך של ניסוי וטעיה.

בואו נסטה קצת מהנושא.
בצירופיהם השונים בתים נותנים טווח ערכים בין 0 ל-255 שזה בעצם 256 ערכים שונים. וכשמחברים שניים ביחד מקבלים מספר בגודל 16Bit שנותן 65,535 ערכים שונים וכן הלאה.
לדוגמה, התקשורת למקלדת מתבצעת ב-8Bit מה שנותן למקלדת אפשרות ל-256 ערכים(מהמקשים) שמתחלקים בצורה כזאת:
32 הערכים הראשונים(0 – 31) מיועדים למקשי שליטה כמו Tab, Esc, חיצים וכדומה.
מקש הרווח מקבל את הערך 32.
כל שאר הערכים עד 126 מייצגים את הסימנים על המקלדת, אותיות, ספרות וכו'
ערך מספר 127 שמור למקש ה-Del.
וכל השאר מיועדים לתמיכת בריבוי שפות וסימנים נוספים.

ניקח את שלושת צבעי היסוד במסך שלכם: אדום, ירוק וכחול.
כרטיס המסך שלכם אומר למסך באיזו רמה של צבע להפעיל כל אחד ואחד ממיליוני הנקודות שלו, הוא יכול לעבוד ב-8Bit שמשמעותו גיוון של 256 צבעים וב-16Bit מקבלים גיוון של 65,535 צבעים.
ב-24Bit אפשר לתת לכל אחד משלושת הצבעים טווח ערכים של 8Bit.
אדום 0 – 255
ירוק 0 – 255
כחול 0 – 255
מכאן השם RGB(Red, Green, Blue) הערכים מסודרים בהתאם: 0-255,0-255,0-255 ונותנים ביחד 16.7 מיליון גוונים שונים.

אם ניתן לכולם את הערך 0, כל הנקודות בשטח המיועד על המסך יהיו כבויות ונקבל משטח שחור.
אם ניתן לכולם את הערך 255 שלושת הצבעים יהיו בשיא עוצמתם ונקבל משטח לבן. כמובן שאפשר להפעיל רק אחד מהצבעים ולכבות לגמרי את הצבעים האחרים.
בתמונה שלפנינו נתתי את חמשת המצבים הקיצוניים, כל מה שבאמצע הוא שילוב של שלושתם או רק שניים מהם ונותן ספקטרום רחב של 16.7 מיליון צבעים. כשהכרטיס מסך שלכם מופעל על 32Bit משטח הצבע מקבל תכונה של "שקיפות" ו-256 הערכים שלו קובעים את רמת השקיפות, אבל זה כבר סיפור אחר.

עכשיו נראה איך מעבד שעובד ב-8Bit מעביר ערך שלם של 8Bit בכל פעם.

בתמונה זו המצב כבר יותר טוב כי המעבד יכול להעביר לזיכרון שמונה ביטים של מידע בכל פעם, אחד על כל גשר. אתם בטח כבר מתארים לעצמכם ש-Data Bus ברוחב פס של 32Bit יעביר את כל המשאיות בתמונה בסיבוב שעון אחד(ארבעה ערכים במכה).

כשמתחילים לדבר על הרבה ביטים, נוספים למילה Byte תארים נוספים.

אם יש לי מסמך טקסט בעל 2560 אותיות וסימנים, הוא תופס מקום בגודל 20,480Bit(שמונה לכל אות). אבל אני יכול גם להגיד שהוא תופס 20KByte.
דיסק CD-ROM שעליו צרובים 734,003,200Byte של מידע הוא דיסק בנפח 700MByte.
או אם יש לי הרדיסק שיכול לאכסן 64,424,509,440Byte נקרא לו הרדיסק בנפח 60GByte.
יש גם תארים למספרים גדולים יותר אבל נכון להיום במחשבים ביתיים אין שימוש במושגים אילו.